CubeSat Accelerometer-zelfstudie - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Een cubesat is een soort geminiaturiseerde satelliet voor ruimteonderzoek die is opgebouwd uit veelvouden van 10x10x10 cm kubieke eenheden en een massa van niet meer dan 1,33 kilogram per eenheid. Cubesats maken het mogelijk om een grote hoeveelheid satellieten de ruimte in te sturen en geven de eigenaar volledige controle over de machine, waar ter wereld ze zich ook bevinden. Cubesats zijn ook goedkoper dan alle andere huidige prototypes. Uiteindelijk vergemakkelijken Cubesats onderdompeling in de ruimte en verspreiden ze kennis over hoe onze planeet en het universum eruit zien.

Een Arduino is een platform, of een soort computer, die wordt gebruikt voor het bouwen van elektronicaprojecten. Een Arduino bestaat uit zowel een programmeerbare printplaat als een stukje software dat op je computer draait en wordt gebruikt om computercode te schrijven en naar het bord te uploaden.

Voor dit project mocht ons team elke sensor kiezen die we wilden om een bepaald aspect van de samenstelling van Mars te detecteren. We besloten te gaan met een versnellingsmeter, of een elektromechanisch apparaat dat wordt gebruikt om versnellingskrachten te meten.

Om al deze apparaten samen te laten werken, moesten we de accelerometer aan het breadboard van de Arduino bevestigen, en beide aan de binnenkant van de cubesat, en ervoor zorgen dat deze een vluchtsimulatie en een schudtest doorstond. Deze instructable behandelt hoe we dit hebben bereikt en de gegevens die we van de Arduino hebben verzameld.

Stap 1: Stel doelen vast (Alex)

Ons belangrijkste doel voor dit project was om een versnellingsmeter te gebruiken (maak je geen zorgen, we zullen later uitleggen wat dit is) geplaatst in een CubeSat, om de versnelling als gevolg van de zwaartekracht op Mars te meten. We zouden een CubeSat bouwen en de duurzaamheid ervan op verschillende manieren testen. Het moeilijkste deel van het stellen van doelen en plannen was om te beseffen hoe je de Arduino en de versnellingsmeter op een veilige manier in de CubeSat kunt houden. Hiervoor moesten we een goed CubeSat-ontwerp bedenken, ervoor zorgen dat het 10x10x10cm was en dat het minder dan 1,3 kilogram woog.

We hebben vastgesteld dat Legos in feite duurzaam zou zijn, en ook gemakkelijk om mee te bouwen. Lego's waren ook iets dat iemand al kon hebben, in plaats van dat we geld uitgeven aan bouwmaterialen. Gelukkig duurde het proces om tot een ontwerp te komen niet erg lang, zoals je in de volgende stap zult zien.

Stap 2: Ontwerp Cubesat

Voor deze specifieke cubesat hebben we lego's gebruikt vanwege het gemak om te bouwen, de bevestiging en de duurzaamheid. De kubuszat moet 10x10x10 cm zijn en minder dan 1,33 kg (3 lbs) per U wegen. De Lego's maken het gemakkelijk om een exacte 10x10x10 cm te hebben terwijl u twee Lego-bases gebruikt voor de vloer en het deksel van de kubussen. Mogelijk moet u de Lego-bases doorzagen om ze precies te krijgen zoals u ze wilt. In de cubesat heb je je arduino, breadboard, batterij en SD-kaarthouder allemaal aan de muren bevestigd met elke gewenste lijm. We gebruikten ducttape om ervoor te zorgen dat er geen stukjes binnenin los zouden raken. Om de cubesat aan de orbiter te bevestigen, gebruikten we touw, elastiekjes en een ritssluiting. De elastiekjes moeten om de kubus zitten alsof er een lint om een cadeautje is gewikkeld. Het touwtje wordt vervolgens vastgebonden aan het midden van de rubberen band op het deksel. Vervolgens wordt het touwtje door een ritssluiting gelust die vervolgens aan de orbiter wordt vastgehaakt.

Stap 3: Bouw Arduino

Ons doel voor deze CubeSat was, zoals eerder gezegd, om de versnelling door de zwaartekracht op Mars te bepalen met een versnellingsmeter. Versnellingsmeters zijn geïntegreerde schakelingen of modules die worden gebruikt om de versnelling te meten van een object waaraan ze zijn bevestigd. In dit project leerde ik de basis van codering en bedrading. Ik gebruikte een mpu 6050 die wordt gebruikt als een elektromechanisch apparaat dat versnellingskrachten zal meten. Door de hoeveelheid dynamische versnelling te meten, kunt u analyseren hoe het apparaat beweegt op de X-, Y- en Z-as. Met andere woorden, u kunt zien of het op en neer of van links naar rechts beweegt; een versnellingsmeter en een of andere code kunnen u gemakkelijk de gegevens geven om die informatie te bepalen. Hoe gevoeliger de sensor, hoe nauwkeuriger en gedetailleerder de gegevens zullen zijn. Dit betekent dat voor een gegeven verandering in versnelling, er een grotere verandering in signaal zal zijn.

Ik moest de Arduino, die al was aangesloten op de versnellingsmeter, aansluiten op de SD-kaarthouder die de gegevens zou opslaan die tijdens de vluchttest waren ontvangen, zodat we deze vervolgens naar een computer konden uploaden. Op deze manier kunnen we de metingen van de X-, Y- en Z-as bekijken om te zien waar de cubesat zich in de lucht bevond. U kunt op de bijgevoegde foto's zien hoe u de arduino aansluit op de versnellingsmeter en het breadboard.

Stap 4: Vlieg- en trillingstests (Alex)

Om de duurzaamheid van de Cube Sat te garanderen, moesten we hem aan een reeks tests onderwerpen, die de omgeving zouden simuleren waarin hij zou worden doorgelaten, in de ruimte. De eerste test die we moesten doen om de Cube Sat door te laten, heette de vliegtest. We moesten de arduino verbinden met een apparaat dat een orbiter wordt genoemd, en zijn vliegroute rond de rode planeet simuleren. We hebben meerdere methoden geprobeerd om de kubuszadel te bevestigen, maar uiteindelijk konden we genoegen nemen met een dubbele rubberen band die om de kubuszat was gewikkeld. Aan de elastiekjes werd vervolgens een touwtje vastgemaakt.

De vliegtest was niet meteen een succes, omdat bij onze eerste poging een deel van de tape begon los te laten. Vervolgens schakelden we over op de optie voor elastiek die in de vorige paragraaf werd genoemd. Hoewel we bij onze tweede poging de welp 30 seconden lang met de vereiste snelheid konden laten vliegen, zonder dat er problemen ontstonden.

De volgende test was de trillingstest, die losjes zou simuleren dat de kubus door de atmosfeer van een planeet reist. We moesten de kubus op de triltafel zetten en het vermogen tot op zekere hoogte verhogen. De kubus zat dan moest minimaal 30 seconden in tact blijven op dit vermogensniveau. Gelukkig voor ons waren we in staat om alle aspecten van de test bij onze eerste poging te doorstaan. Nu restte alleen nog de laatste gegevensverzameling en tests.

Stap 5: Gegevens interpreteren

Met de gegevens die we hebben gekregen na het uitvoeren van de laatste test, kun je zien waar de kubus op de X-, Y- en Z-as is gereisd en de versnelling bepalen door je verplaatsing te delen door de tijd. Dit geeft je de gemiddelde snelheid. Nu, zolang het object uniform versnelt, hoef je alleen maar de gemiddelde snelheid met 2 te vermenigvuldigen om de uiteindelijke snelheid te krijgen. Om de versnelling te vinden, neem je de eindsnelheid en deel je deze door de tijd.

Stap 6: Conclusie

Het uiteindelijke doel van ons project was om de versnelling van de zwaartekracht rond Mars te bepalen. Door de gegevens die met behulp van de Arduino zijn verzameld, kan worden vastgesteld dat de zwaartekrachtversnelling tijdens een baan om Mars constant blijft. Bovendien verandert de richting van de baan voortdurend tijdens het reizen rond Mars.

Over het algemeen waren de grootste voordelen van ons team onze groei in onze vloeiendheid in het lezen en schrijven van code, ons begrip van een nieuwe technologie op het snijvlak van ruimteverkenning, en onze bekendheid met de innerlijke werking en vele toepassingen van een Arduino.

Ten tweede leerde ons team tijdens het project niet alleen de bovengenoemde technologie- en natuurkundige concepten, maar leerden we ook projectmanagementvaardigheden. Enkele van deze vaardigheden zijn het halen van deadlines, het aanpassen van ontwerpfouten en onvoorziene problemen, en het houden van dagelijkse standup-vergaderingen om onze groep verantwoordelijkheid te geven en op zijn beurt iedereen op het goede spoor te houden om onze doelen te bereiken.

Kortom, ons team voldeed aan alle test- en gegevensvereisten, en leerde onschatbare vaardigheden op het gebied van natuurkunde en teambeheer die we kunnen gebruiken voor toekomstige inspanningen op school en in elk op groepswerk gericht beroep.