„CubeSat“pagreičio matuoklio pamoka: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Kubetas yra miniatiūrinio palydovo tipas, skirtas kosmoso tyrimams, kurį sudaro 10x10x10 cm kubinių vienetų kartotiniai ir kurio masė ne didesnė kaip 1,33 kilogramo. „Cubesats“leidžia į kosmosą nusiųsti daug palydovų ir leidžia savininkui visiškai valdyti mašiną, nesvarbu, kur jie yra. „Cubesats“taip pat yra pigesni nei bet kurie kiti dabartiniai prototipai. Galų gale kubeliai palengvina pasinėrimą į kosmosą ir skleidžia žinias apie tai, kaip atrodo mūsų planeta ir visata.

„Arduino“yra platforma arba kompiuteris, naudojamas elektronikos projektams kurti. „Arduino“sudaro ir programuojama plokštė, ir programinė įranga, kuri veikia jūsų kompiuteryje, naudojama kompiuterio kodui rašyti ir įkelti.

Šiam projektui mūsų komandai buvo leista pasirinkti bet kurį jutiklį, kurį norėjome aptikti tam tikrą Marso makiažo aspektą. Mes nusprendėme eiti su akselerometru arba elektromechaniniu įtaisu, naudojamu pagreičio jėgoms matuoti.

Kad visi šie prietaisai veiktų kartu, turėjome pritvirtinti akselerometrą prie „Arduino“duonos lentos ir pritvirtinti abu prie kubiko vidinės pusės ir įsitikinti, kad jis atlaikė skrydžio simuliaciją ir purtymo testą. Ši pamoka apima tai, kaip mes tai padarėme, ir duomenis, kuriuos surinkome iš „Arduino“.

1 žingsnis: nustatykite tikslus (Aleksas)

Pagrindinis mūsų šio projekto tikslas buvo naudoti „CubeSat“įrengtą pagreičio matuoklį (nesijaudinkite, vėliau paaiškinsime), kad būtų galima išmatuoti pagreitį dėl gravitacijos Marse. Mes turėjome sukurti „CubeSat“ir išbandyti jo ilgaamžiškumą įvairiais būdais. Sunkiausia tikslo nustatymo ir planavimo dalis buvo suvokti, kaip saugiai laikyti „Arduino“ir akselerometrą „CubeSat“. Norėdami tai padaryti, turėjome sugalvoti gerą „CubeSat“dizainą, įsitikinti, kad jis yra 10x10x10 cm, ir įsitikinti, kad jis sveria mažiau nei 1,3 kilogramo.

Mes nusprendėme, kad „Legos“iš tikrųjų pasirodys patvarūs ir juos taip pat lengva sukurti. „Legos“taip pat buvo kažkas, ką kažkas jau galėjo turėti, o ne išleisti pinigus statybinėms medžiagoms. Laimei, dizaino kūrimo procesas neužtruko labai ilgai, kaip pamatysite kitame žingsnyje.

2 žingsnis: suprojektuokite „Cubesat“

Šiam konkrečiam kubatui mes naudojome „Lego“, kad būtų lengviau statyti, pritvirtinti ir patvarūs. Kubo sėdynė turi būti 10x10x10 cm dydžio ir sverti mažiau nei 1,33 kg (3 lbs) vienam U. „Lego“leidžia lengvai turėti tikslų 10x10x10 cm dydį, naudojant du „Lego“pagrindus kubo grindims ir dangčiui. Jums gali tekti nupjauti „Lego“bazes, kad gautumėte jas taip, kaip norite. Kubelio viduje jūsų arduino, duonos lenta, baterija ir SD kortelės laikiklis bus pritvirtinti prie sienų, naudojant bet kokius norimus klijus. Mes naudojome lipnią juostelę, kad įsitikintume, jog viduje nėra gabalėlių. Norėdami pritvirtinti kubelį prie orbitos, naudojome virvę, gumines juostas ir užtrauktuką. Guminės juostelės turi būti apvyniotos aplink kubelį, tarsi juostelė būtų apvyniota aplink dovaną. Tada virvelė pririšama prie dangtelio guminės juostos centro. Tada virvelė perveriama per užtrauktuką, kuris vėliau yra užkabinamas orbitoje.

3 žingsnis: sukurkite „Arduino“

Mūsų tikslas šiam „CubeSat“, kaip minėta anksčiau, buvo pagreičio dėl gravitacijos Marse pagreičio matuokliu nustatyti. Akselerometrai yra integruoti grandynai arba moduliai, naudojami objekto, prie kurio jie yra pritvirtinti, pagreičiui matuoti. Šiame projekte išmokau kodavimo ir laidų pagrindų. Aš naudojau „mpu 6050“, kuris naudojamas kaip elektromechaninis prietaisas, kuris matuoja pagreičio jėgas. Pajutę dinaminio pagreičio dydį, galite išanalizuoti, kaip prietaisas juda X, Y ir Z ašimis. Kitaip tariant, galite pasakyti, ar jis juda aukštyn ir žemyn, ar iš vienos pusės į kitą; akselerometras ir tam tikras kodas gali lengvai suteikti jums duomenis, kad būtų galima nustatyti šią informaciją. Kuo jautresnis jutiklis, tuo tikslesni ir detalesni bus duomenys. Tai reiškia, kad esant tam tikram pagreičio pokyčiui, signalo pokytis bus didesnis.

Aš turėjau prijungti arduino, kuris jau buvo prijungtas prie akselerometro, prie SD kortelės laikiklio, kuriame bus saugomi skrydžio bandymo metu gauti duomenys, kad galėtume juos įkelti į kompiuterį. Tokiu būdu galime peržiūrėti X, Y ir Z ašies matavimus, kad pamatytume, kur kubas buvo ore. Pridėtose nuotraukose galite pamatyti, kaip prijungti arduino prie akcelerometro ir duonos lentos.

4 žingsnis: skraidymo ir vibracijos testai (Alexas)

Siekiant užtikrinti kubo ilgaamžiškumą, turėjome atlikti keletą bandymų, kurie imituotų aplinką, per kurią jis bus perkeliamas į kosmosą. Pirmasis bandymas, kurį turėjome atlikti, kad kubas sėdėtų, buvo vadinamas skraidymo testu. Mes turėjome pririšti arduino prie prietaiso, vadinamo orbitoje, ir imituoti jo skrydžio kelią aplink raudonąją planetą. Mes išbandėme kelis kubo sėdynės tvirtinimo būdus, bet galiausiai mums pavyko įsitaisyti ant dvigubos guminės juostelės, kuri buvo apvyniota aplink kubo satą. Tada prie guminių juostų buvo pritvirtinta virvelė.

Skrydžio bandymas ne iš karto buvo sėkmingas, nes pirmą kartą bandžius, dalis juostos pradėjo nulupti. Tada mes pakeitėme dizainą į guminę juostos parinktį, paminėtą ankstesnėje pastraipoje. Nors antruoju bandymu, mes sugebėjome priversti jauniklį skristi reikiamu greičiu 30 sekundžių be jokių problemų.

Kitas bandymas buvo vibracijos bandymas, kuris laisvai imituotų kubą, keliaujantį per planetos atmosferą. Mes turėjome pastatyti kubą ant vibracijos stalo ir iki tam tikro laipsnio padidinti galią. Tada kubas sėdėjo tokiame galios lygyje mažiausiai 30 sekundžių. Mūsų laimei, pirmuoju bandymu sugebėjome išlaikyti visus testo aspektus. Dabar liko tik galutinis duomenų rinkimas ir bandymai.

5 žingsnis: duomenų aiškinimas

Remdamiesi duomenimis, kuriuos gavome atlikę paskutinį bandymą, galite pamatyti, kur kubas nukeliavo X, Y ir Z ašimis, ir nustatyti pagreitį, padaliję savo poslinkį iš laiko. Tai suteikia jums vidutinį greitį. Dabar, kol objektas tolygiai greitėja, jums tereikia padauginti vidutinį greitį iš 2, kad gautumėte galutinį greitį. Norėdami rasti pagreitį, paimkite galutinį greitį ir padalinkite jį į laiką.

6 žingsnis: Išvada

Galutinis mūsų projekto tikslas buvo nustatyti gravitacijos pagreitį aplink Marsą. Remiantis duomenimis, surinktais naudojant „Arduino“, galima nustatyti, kad gravitacinis pagreitis skriejant aplink Marsą išlieka pastovus. Be to, keliaujant aplink Marsą, orbitos kryptis nuolat keičiasi.

Apskritai, mūsų komandos didžiausi dalykai buvo mūsų sklandus skaitymo ir rašymo kodo augimas, mūsų supratimas apie naują technologiją pažangiausioje erdvės tyrinėjimo srityje ir mūsų žinios apie vidinį „Arduino“veikimą ir daugybę naudojimo būdų.

Antra, viso projekto metu mūsų komanda ne tik išmoko minėtų technologijų ir fizikos sąvokų, bet ir išmokome projektų valdymo įgūdžių. Kai kurie iš šių įgūdžių apima terminų laikymąsi, prisitaikymą prie dizaino aplaidumo ir nenumatytų problemų bei kasdienius sustojimo susitikimus, kad mūsų grupė būtų atskaitinga ir, savo ruožtu, užtikrintų, kad visi pasiektų mūsų tikslų.

Apibendrinant galima pasakyti, kad mūsų komanda įvykdė visus testavimo ir duomenų reikalavimus, taip pat išmoko neįkainojamų fizikos ir komandos valdymo įgūdžių, kuriuos galime panaudoti ateityje stengdamiesi į mokyklą ir bet kokią į grupinį darbą orientuotą profesiją.