CubeSat-Beschleunigungsmesser-Tutorial - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Ein Cubesat ist eine Art miniaturisierter Satellit für die Weltraumforschung, der aus Vielfachen von 10x10x10 cm Kubikeinheiten und einer Masse von nicht mehr als 1,33 Kilogramm pro Einheit besteht. Cubesats ermöglichen es, eine große Anzahl von Satelliten ins All zu schicken und ermöglichen dem Besitzer die vollständige Kontrolle über die Maschine, egal wo auf der Erde sie sich befinden. Cubesats sind auch günstiger als alle anderen aktuellen Prototypen. Letztendlich erleichtern Cubesats das Eintauchen in den Weltraum und verbreiten Wissen darüber, wie unser Planet und unser Universum aussehen.

Ein Arduino ist eine Plattform oder ein Computer, der zum Erstellen von Elektronikprojekten verwendet wird. Ein Arduino besteht sowohl aus einer programmierbaren Platine als auch aus einer Software, die auf Ihrem Computer läuft und zum Schreiben und Hochladen von Computercode auf die Platine verwendet wird.

Für dieses Projekt durfte unser Team jeden Sensor auswählen, mit dem wir einen bestimmten Aspekt der Beschaffenheit des Mars erkennen wollten. Wir haben uns für einen Beschleunigungsmesser oder ein elektromechanisches Gerät zum Messen von Beschleunigungskräften entschieden.

Damit all diese Geräte zusammenarbeiten, mussten wir den Beschleunigungsmesser am Steckbrett des Arduino befestigen und beide an der Innenseite des Cubesat befestigen und sicherstellen, dass er einer Flugsimulation und einem Schütteltest standhält. Dieses instructable wird abdecken, wie wir dies erreicht haben und die Daten, die wir vom Arduino gesammelt haben.

Schritt 1: Ziele festlegen (Alex)

Unser Hauptziel für dieses Projekt war es, einen Beschleunigungsmesser (keine Sorge, wir erklären später, was das ist) in einem CubeSat zu verwenden, um die Erdbeschleunigung auf dem Mars zu messen. Wir sollten einen CubeSat bauen und seine Haltbarkeit auf verschiedene Weise testen. Der schwierigste Teil der Zielsetzung und Planung war die sichere Einbindung des Arduino und des Beschleunigungsmessers in den CubeSat. Dafür mussten wir uns ein gutes CubeSat-Design ausdenken, darauf achten, dass es 10x10x10cm groß ist und weniger als 1,3 Kilogramm wiegt.

Wir haben festgestellt, dass Legos sich in der Tat als langlebig erweisen und auch leicht zu bauen sind. Legos waren auch etwas, das jemand schon haben konnte, anstatt Geld für Baumaterialien auszugeben. Glücklicherweise dauerte die Entwicklung eines Designs nicht sehr lange, wie Sie im nächsten Schritt sehen werden.

Schritt 2: Cubesat entwerfen

Für diesen speziellen Cubesat haben wir Legos verwendet, weil sie einfach zu bauen, zu befestigen und haltbar sind. Der Würfelsat muss 10x10x10 cm groß sein und weniger als 1,33 kg (3 lbs) pro HE wiegen. Die Legos machen es einfach, exakte 10x10x10 cm zu haben, während Sie zwei Lego-Basen für Boden und Deckel des Würfelsats verwenden. Möglicherweise müssen Sie die Lego-Basen absägen, um sie genau so zu erhalten, wie Sie sie haben möchten. Im Inneren des Cubesat haben Sie Ihr Arduino, Steckbrett, Akku und SD-Kartenhalter mit einem beliebigen Kleber an den Wänden befestigt. Wir haben Klebeband verwendet, um sicherzustellen, dass sich keine Teile im Inneren lösen. Um den Cubesat am Orbiter zu befestigen, haben wir Schnur, Gummibänder und einen Kabelbinder verwendet. Die Gummibänder müssen wie ein Geschenkband um den Cubesat gewickelt werden. Die Schnur wird dann in der Mitte des Gummibandes auf dem Deckel befestigt. Dann wird die Schnur durch einen Kabelbinder geschlungen, der dann am Orbiter eingehakt wird.

Schritt 3: Konstruieren Sie Arduino

Unser Ziel für diesen CubeSat war, wie gesagt, die Erdbeschleunigung auf dem Mars mit einem Beschleunigungsmesser zu bestimmen. Beschleunigungsmesser sind integrierte Schaltkreise oder Module, die verwendet werden, um die Beschleunigung eines Objekts zu messen, an dem sie befestigt sind. In diesem Projekt habe ich die Grundlagen der Codierung und Verdrahtung gelernt. Ich habe einen mpu 6050 verwendet, der als elektromechanisches Gerät verwendet wird, das Beschleunigungskräfte misst. Durch Erfassen des Betrags der dynamischen Beschleunigung können Sie analysieren, wie sich das Gerät auf der X-, Y- und Z-Achse bewegt. Mit anderen Worten, Sie können feststellen, ob es sich nach oben und unten oder von einer Seite zur anderen bewegt; ein Beschleunigungsmesser und ein Code können Ihnen leicht die Daten liefern, um diese Informationen zu bestimmen. Je empfindlicher der Sensor ist, desto genauer und detaillierter sind die Daten. Dies bedeutet, dass bei einer gegebenen Beschleunigungsänderung eine größere Signaländerung auftritt.

Ich musste das Arduino, das bereits mit dem Beschleunigungsmesser verbunden war, mit dem SD-Kartenhalter verbinden, der die während des Flugtests empfangenen Daten speicherte, damit wir sie dann auf einen Computer hochladen konnten. Auf diese Weise können wir die Messungen der X-, Y- und Z-Achse anzeigen, um zu sehen, wo sich der Cubesat in der Luft befand. Sie können in den beigefügten Bildern sehen, wie Sie das Arduino mit dem Beschleunigungsmesser und dem Steckbrett verbinden.

Schritt 4: Flug- und Vibrationstests (Alex)

Um die Haltbarkeit des Würfels zu gewährleisten, mussten wir ihn einer Reihe von Tests unterziehen, die die Umgebung simulierten, der er im Weltraum ausgesetzt sein würde. Wir mussten das Arduino an ein Gerät namens Orbiter anschließen und seine Flugbahn um den roten Planeten simulieren. Wir haben verschiedene Methoden zur Befestigung des Würfelsitzes ausprobiert, aber schließlich konnten wir uns auf ein doppeltes Gummiband festlegen, das um den Würfelsitz gewickelt war. An den Gummibändern wurde dann eine Schnur befestigt.

Der Flugtest war nicht sofort ein Erfolg, da sich bei unserem ersten Versuch etwas vom Klebeband löste. Wir haben dann die Designs auf die im vorherigen Absatz erwähnte Gummibandoption umgestellt. Bei unserem zweiten Versuch konnten wir das Jungtier jedoch 30 Sekunden lang mit der erforderlichen Geschwindigkeit fliegen lassen, ohne dass irgendwelche Probleme auftraten.

Der nächste Test war der Vibrationstest, der den Würfelsitz, der sich durch die Atmosphäre eines Planeten bewegt, locker simulieren würde. Wir mussten den Würfel auf den Vibrationstisch stellen und die Leistung bis zu einem gewissen Grad aufdrehen. Der Würfelsitz musste dann mindestens 30 Sekunden auf dieser Leistungsstufe in Takt bleiben. Zum Glück für uns konnten wir alle Aspekte des Tests beim ersten Versuch bestehen. Jetzt fehlten nur noch die abschließenden Datenerhebungen und Tests.

Schritt 5: Daten interpretieren

Mit den Daten, die wir nach dem letzten Test erhalten haben, können Sie sehen, wohin sich der Würfel auf der X-, Y- und Z-Achse bewegt hat und die Beschleunigung bestimmen, indem Sie Ihre Verschiebung durch die Zeit dividieren. Dies gibt Ihnen die durchschnittliche Geschwindigkeit. Solange das Objekt gleichmäßig beschleunigt, müssen Sie lediglich die Durchschnittsgeschwindigkeit mit 2 multiplizieren, um die Endgeschwindigkeit zu erhalten. Um die Beschleunigung zu ermitteln, nimmst du die Endgeschwindigkeit und dividierst sie durch die Zeit.

Schritt 6: Fazit

Das ultimative Ziel unseres Projekts war es, die Erdbeschleunigung um den Mars zu bestimmen. Durch die mit dem Arduino gesammelten Daten kann festgestellt werden, dass die Erdbeschleunigung während der Umlaufbahn des Mars konstant bleibt. Darüber hinaus ändert sich während der Reise um den Mars die Richtung der Umlaufbahn ständig.

Insgesamt waren die größten Erkenntnisse unseres Teams unsere zunehmende Beherrschung des Lesens und Schreibens von Code, unser Verständnis einer neuen Technologie auf dem neuesten Stand der Weltraumforschung und unsere Vertrautheit mit dem Innenleben und den vielen Einsatzmöglichkeiten eines Arduino.

Sekundär hat unser Team während des gesamten Projekts nicht nur die oben genannten Technologie- und Physikkonzepte, sondern auch Projektmanagementfähigkeiten erlernt. Einige dieser Fähigkeiten umfassen das Einhalten von Fristen, die Anpassung an Konstruktionsfehler und unvorhergesehene Probleme sowie die Durchführung täglicher Standup-Meetings, um unserer Gruppe Rechenschaft abzulegen und wiederum alle auf dem richtigen Weg zu halten, um unsere Ziele zu erreichen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unser Team alle Test- und Datenanforderungen erfüllt sowie unschätzbare Physik- und Teammanagementfähigkeiten erlernt hat, die wir in zukünftige Bemühungen in der Schule und in jedem gruppenarbeitsorientierten Beruf einbringen können.