Tutorial accelerometro CubeSat: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Un cubesat è un tipo di satellite miniaturizzato per la ricerca spaziale costituito da multipli di unità cubiche 10x10x10 cm e una massa non superiore a 1,33 chilogrammi per unità. I Cubesat consentono di inviare nello spazio una grande quantità di satelliti e consentono al proprietario il controllo completo della macchina indipendentemente da dove si trovi sulla terra. I Cubesat sono anche più convenienti di qualsiasi altro prototipo attuale. In definitiva, i cubesat facilitano l'immersione nello spazio e diffondono la conoscenza di come appaiono il nostro pianeta e il nostro universo.

Un Arduino è una piattaforma, o una sorta di computer, utilizzato per costruire progetti di elettronica. Un Arduino è costituito sia da un circuito programmabile che da un software, che viene eseguito sul tuo computer, utilizzato per scrivere e caricare il codice del computer sulla scheda.

Per questo progetto, al nostro team è stato permesso di scegliere qualsiasi sensore che volevamo per rilevare un certo aspetto della composizione di Marte. Abbiamo deciso di utilizzare un accelerometro, o un dispositivo elettromeccanico utilizzato per misurare le forze di accelerazione.

Per far funzionare tutti questi dispositivi insieme, abbiamo dovuto collegare l'accelerometro alla breadboard dell'Arduino, e collegare entrambi all'interno del cubesat, e assicurarci che resistesse a una simulazione di volo e a uno shake test. Questo tutorial coprirà come abbiamo realizzato questo e i dati che abbiamo raccolto da Arduino.

Passaggio 1: stabilire obiettivi (Alex)

Il nostro obiettivo principale per questo progetto, era quello di utilizzare un accelerometro (non preoccuparti, spiegheremo in seguito di cosa si tratta) posizionato all'interno di un CubeSat, per misurare l'accelerazione di gravità su Marte. Dovevamo costruire un CubeSat e testarne la durata in vari modi. La parte più difficile della definizione degli obiettivi e della pianificazione è stata capire come contenere Arduino e l'accelerometro all'interno del CubeSat, in modo sicuro. Per fare questo, abbiamo dovuto creare un buon design CubeSat, assicurarci che fosse 10x10x10 cm e assicurarci che pesasse meno di 1,3 chilogrammi.

Abbiamo stabilito che i Lego si sarebbero effettivamente dimostrati durevoli e anche facili da costruire. I Lego erano anche qualcosa che qualcuno avrebbe potuto già avere, piuttosto che spendere soldi per qualsiasi materiale da costruzione. Fortunatamente, il processo di creazione di un design non ha richiesto molto tempo, come vedrai nel passaggio successivo.

Passaggio 2: progettare Cubesat

Per questo cubesat specifico, abbiamo utilizzato i lego per la loro facilità di costruzione, fissaggio e durata. Il cubo sat deve essere 10x10x10 cm e pesare meno di 1,33 kg (3 libbre) per U. I Lego rendono facile avere un esatto 10x10x10 cm mentre si utilizzano due basi Lego per il pavimento e il coperchio del cubesat. Potrebbe essere necessario segare le basi Lego per ottenerle esattamente come le desideri. All'interno del cubesat, avrai il tuo arduino, breadboard, batteria e supporto per scheda SD tutti attaccati alle pareti usando qualsiasi adesivo desideri. Abbiamo usato del nastro adesivo per assicurarci che nessun pezzo si allentasse all'interno. Per attaccare il cubesat all'orbiter abbiamo usato dello spago, degli elastici e una fascetta. Gli elastici devono essere avvolti attorno al cubo come se fosse un nastro avvolto attorno a un regalo. La corda viene quindi legata al centro dell'elastico sul coperchio. Quindi la corda viene fatta passare attraverso una fascetta che viene quindi agganciata all'orbiter.

Passaggio 3: costruisci Arduino

Il nostro obiettivo per questo CubeSat, come detto prima, era determinare l'accelerazione di gravità su Marte con un accelerometro. Gli accelerometri sono circuiti integrati o moduli utilizzati per misurare l'accelerazione di un oggetto a cui sono collegati. In questo progetto ho appreso le basi della codifica e del cablaggio. Ho usato una mpu 6050 che viene utilizzata come dispositivo elettromeccanico che misurerà le forze di accelerazione. Rilevando la quantità di accelerazione dinamica, è possibile analizzare il modo in cui il dispositivo si muove sugli assi X, Y e Z. In altre parole, puoi dire se si sta muovendo su e giù o da un lato all'altro; un accelerometro e del codice possono facilmente fornirti i dati per determinare tali informazioni. Più sensibile è il sensore, più precisi e dettagliati saranno i dati. Ciò significa che per un dato cambiamento di accelerazione, ci sarà un cambiamento maggiore nel segnale.

Ho dovuto collegare l'arduino, che era già collegato all'accelerometro, al supporto della scheda SD che avrebbe archiviato i dati ricevuti durante il test di volo in modo da poterli caricare su un computer. In questo modo possiamo visualizzare le misurazioni degli assi X, Y e Z per vedere dove si trovava il cubesat nell'aria. Puoi vedere nelle immagini allegate come collegare l'arduino all'accelerometro e alla breadboard.

Passaggio 4: test di volo e vibrazioni (Alex)

Per garantire la durata del cubo sat, abbiamo dovuto sottoporlo a una serie di test, che simulassero l'ambiente in cui sarebbe stato sottoposto, nello spazio. Il primo test a cui abbiamo dovuto sottoporre il cubo sat è stato chiamato test di volo. Abbiamo dovuto collegare l'arduino a un dispositivo chiamato orbiter e simulare la sua traiettoria di volo attorno al pianeta rosso. Abbiamo provato diversi metodi per attaccare il cubo sat, ma alla fine siamo riusciti a sistemarci su un doppio elastico che era avvolto attorno al cubo sat. Una corda è stata poi attaccata agli elastici.

Il test di volo non è stato immediatamente un successo, poiché al nostro primo tentativo, parte del nastro ha iniziato a staccarsi. Abbiamo quindi passato i progetti all'opzione dell'elastico menzionata nel paragrafo precedente. Anche se al nostro secondo tentativo, siamo riusciti a far volare il cucciolo seduto alla velocità richiesta, per 30 secondi, senza alcun problema.

Il test successivo era il test di vibrazione, che simulava vagamente il cubo seduto che viaggiava attraverso l'atmosfera di un pianeta. Abbiamo dovuto mettere il cubo seduto sul tavolo vibrante e aumentare la potenza fino a un certo punto. Il cubo seduto quindi doveva rimanere intatto per almeno 30 secondi a questo livello di potenza. Fortunatamente per noi, siamo stati in grado di superare tutti gli aspetti del test al primo tentativo. Ora tutto ciò che restava era la raccolta dei dati finali e i test.

Passaggio 5: interpretazione dei dati

Con i dati che abbiamo ottenuto dopo aver eseguito il test finale, puoi vedere dove ha viaggiato il cubo sugli assi X, Y e Z e determinare l'accelerazione dividendo lo spostamento per il tempo. Questo ti dà la velocità media. Ora, finché l'oggetto sta accelerando uniformemente, devi semplicemente moltiplicare la velocità media per 2 per ottenere la velocità finale. Per trovare l'accelerazione, prendi la velocità finale e la dividi per il tempo.

Passaggio 6: conclusione

L'obiettivo finale del nostro progetto era determinare l'accelerazione di gravità intorno a Marte. Attraverso i dati raccolti utilizzando Arduino, si può determinare che l'accelerazione gravitazionale durante l'orbita di Marte rimane costante. Inoltre, durante il viaggio intorno a Marte, la direzione dell'orbita cambia costantemente.

Nel complesso, i maggiori vantaggi del nostro team sono stati la nostra crescita nella nostra fluidità nella lettura e scrittura del codice, la nostra comprensione di una nuova tecnologia all'avanguardia nell'esplorazione dello spazio e la nostra familiarità con il funzionamento interno e i molti usi di un Arduino.

In secondo luogo, durante tutto il progetto, il nostro team non solo ha appreso i concetti di tecnologia e fisica di cui sopra, ma ha anche appreso le capacità di gestione del progetto. Alcune di queste abilità includono il rispetto delle scadenze, l'adeguamento per le sviste di progettazione e i problemi imprevisti e la conduzione di riunioni quotidiane in piedi per dare responsabilità al nostro gruppo e, a sua volta, mantenere tutti sulla buona strada per raggiungere i nostri obiettivi.

In conclusione, il nostro team ha soddisfatto tutti i requisiti di test e dati, oltre ad apprendere preziose abilità fisiche e di gestione del team che possiamo portare negli sforzi futuri a scuola e in qualsiasi professione orientata al lavoro di gruppo.