CanSat - CanSat

Interne mekanismer i en CanSat

En CanSat er en type rakett nyttelast som brukes for å lære romteknologi . Det ligner på teknologien som brukes i miniatyriserte satellitter . Ingen CanSat har noen gang forlatt atmosfæren, eller kretset rundt jorden.

I CanSat -konkurranser må nyttelasten passe inn i volumet til en typisk brusboks (66 mm diameter og 115 mm høyde) og ha en masse under 350 g. Antenner kan monteres eksternt, men diameteren kan ikke øke før CanSat har forlatt oppskytningsbilen. CanSats distribueres fra liten rakett i høyden som varierer avhengig av konkurransen. CanSats er utstyrt med et gjenopprettingssystem, vanligvis en fallskjerm, for å begrense skader ved gjenoppretting og slik at CanSat kan gjenbrukes. CanSats brukes til å lære romteknologi på grunn av den rimelige prisen og det lille volumet.

Historie

I 1998 møttes omtrent 50 studenter og fakulteter fra 12 universiteter fra USA og Japan på et symposium på Hawaii. Det var det første "University Space Systems Symposium". Her foreslo Bob Twiggs , professor emeritus ved Stanford University , den første ideen om hva som senere skulle bli nanosatellittprosjektene. Den ideen var å lansere en struktur på størrelse med en brusboks i verdensrommet. Volumet skal være rundt 350 milliliter og massen, omtrent 500 gram. Dette førte til et prosjekt som begynte i 1999 kalt ARLISS, som hovedsakelig involverte amerikanske og japanske universiteter, som gjennomførte den første lanseringen 11. september samme år og fortsatte hvert år uten avbrudd. Den første ideen, fremdeles vanlig i dag, var å skyte 3 satellitter på 350 milliliter, eller en satellitt med større volum. Midlene vil være en rakett som er i stand til å bevege seg 1,8 kilo og stige til 4000 meter, og åpne døren til lavprisflyvninger -rundt $ 400. I 2000 var oppdragene veldig forskjellige: for eksempel beregning av åpningen av et landingssystem ved hjelp av data fra barometeret eller bruk av et differensielt GPS -system. Prosjektet kom til en mer kompleks situasjon i 2001 da ComeBack -kategorien ble lagt til, ifølge hvilken satellitten skulle rettes mot et bestemt mål. Dette oppdraget var veldig vellykket, og i 2002 gikk studenter ved Space Robotics Lab ved Tohoku University opp til 45 meter fra målet, og i 2006 falt dette tallet til 6 meter. Interessen for denne typen satellitter har vokst og spredt seg. I 2003 plasserte universitetet i Tokyo i bane rundt to satellitter CubeSat , satellitter av en størrelse som var litt større enn CanSats, og kubeformet. De siste årene har flere konkurranser blitt utviklet etter det samme konseptet som ble foreslått av prof. Bob Twiggs og gjenspeiles i ARLISS både nasjonalt og internasjonalt.

Operasjon

Hovedelementer

Noen elementer deles av alle CanSat:

Batteri

Den batteri leverer strøm for drift av alle systemer av roboten, og det er viktig for en robot eller elektronisk system, er det mest brukte grunn av sin ytelse og strøm-vektforholdet er litium-polymer-batterier (LiPo).

Mikroprosessor

Den mikroprosessor er hjertet av roboten, som den er ansvarlig for å motta signaler fra eksterne sensorer (slik som høydemåleren, akselerometer eller senderen) og behandler dem også til å fungere som programmert. De fleste mikroprosessorer inkluderer eller kan inneholde et internt minne for datalagring, nyttig for lagring av informasjon fra forskjellige sensorer under flyvningen. Noen kommersielle mikroprosessorer som brukes på dette nivået er:

  • Arduino
  • MBed
  • AVR


Sekundære elementer

Bortsett fra de ovennevnte elementene, kan andre legges til i samsvar med oppdraget det er betrodd.

Barometer

Den barometer består av en målecelle trykk som er koplet til mikroprosessoren og sender et signal med en spenningsverdi i henhold til det trykk det føles. Mikroprosessoren bruker standard atmosfæriske forhold for å få høyden. Eksempel på barometer brukt i enheter av denne typen:

  • SCP1000

Termometer

Den termometeret utfører operasjoner som ligner på barometer men det spenningssignal som sendes til mikroprosessoren, avhenger av den målte temperaturen. Mikroprosessoren tolker dette signalet ved å tildele en temperaturverdi. Dette er eksempler på termometre som brukes:

  • MAX6675
  • TMP102
En CanSat -rakett (til venstre) og en CanSat som blir lansert (til høyre)

GPS -modul

Den GPS er et landposisjoneringssystem bestående av et satellittnettverk i bane rundt jorden som kontinuerlig sender sin posisjon og overføringstiden. Fra disse dataene triangulerer mottakeren sin posisjon med alle tilgjengelige satellitter for å få en høyere nøyaktighet. Denne posisjonen sendes til mikroprosessoren med en seriell port som en datalinje.

På designnivå bør GPS -mottakere være plassert på et sted hvor satellitters visjonslinje er så direkte som mulig for ikke å være utenfor rekkevidde med disse under flyturen. I en metallisk struktur CanSat bør mottakerne alltid være plassert der strukturen ikke påvirker denne synslinjen.

Kamera

En mini -kamera kan inkluderes i CanSat å fotografere noe i den tiden CanSat er synkende i luften. Husk at CanSat ikke kan motta ordre om å betjene kameraet når roboten er i luften, så mikroprosessoren må være den som beordrer kameraet til å ta et bilde. Dette er et eksempel på et kamera for CanSat:

  • Kamera C328

Cansats kan også brukes til 3D -kartlegging. Et eksempel på slikt er på lenken: https://cansat.unisec.info/

Akselerometer

Dette systemet er laget av en eller flere akselerometre i forskjellige akser. Alle akselerometerne til side gjør det mulig å måle akselerasjoner i koordinerte akser. Akselerometre kan brukes til å samle inn data eller for å bestemme posisjon (ved integrering). De beste akselerometrene som er laget for å bestemme posisjoner kalles Inertial Navigation System INS . Disse brukes på noen CanSat -modeller. Usikkerheten til dette systemet avhenger av feilen ved kalibrering av sensorer. Fordelene med dette systemet går fra det faktum at GPS ikke er nødvendig, til immunitet mot magnetisk interferens. Dette tillater flere steder inne i CanSat. Noen av de mest brukte akselerometrene er:

  • ADXL345
  • LIS302

Elektronisk kompass

Noen ganger er det nødvendig å vite retningen CanSat følger (for eksempel for å utføre en kontrollert nedstigning), i så fall er en kompasssensor en veldig liten sensor som i likhet med et tradisjonelt kompass måler vinkelen mellom retningen og nord. Denne vinkelen overføres til mikroprosessoren via en potensiell forskjell. Mikroprosessoren tolker det innkommende signalet og handler deretter. Således, hvis CanSat var ment å komme til et mål uten å bruke en GPS -mottaker, ville denne sensoren spille en avgjørende rolle. Noen modeller av kompasser som brukes er:

  • CMPS03
  • HMC6352
  • HMC5843

Typer

Det er hovedsakelig to typer CanSats, selv om en tredje kategori vanligvis legges til for de maskinene som ikke passer i de to første:

Telemetri

Dette er den hvis hovedformål er å samle og overføre data fra fly- og værforholdene i sanntid for å bli behandlet av en bakkestasjon. CanSats i denne kategorien bruker ikke et styringssystem siden målet ikke er å falle på et bestemt tidspunkt, men å samle inn data mens nedstigningen (som vanligvis ikke kontrolleres). Av systemene nevnt i de foregående seksjonene er de mest brukte: barometer, termometer, GPS og kamera.

Kom tilbake

Hovedoppgaven til disse er å lande på en kontrollert måte så nært som mulig et mål preget av GPS -koordinater. Disse enhetene kan styres av GPS eller av og Inertial Navigation System INS . Denne posisjonen sendes til mikroprosessoren som sammenligner målets posisjon fra analysen av disse dataene for å beregne vinkelen den skal dreie for å adressere målet og gir passende instruksjoner til styresystemet . Denne prosessen gjentas kontinuerlig for å gjøre korreksjoner. Slike enheter lagrer også data på flyvningen, men siden antallet sensorer som følger med dem er mindre, er informasjonen mer knapp enn i den forrige typen. En ComeBack CanSat har alltid et styringssystem som gjør det mulig å manøvrere, orientere seg og bevege seg mot målet. Normalt aktiveres en slik mekanisme av en eller flere aktuatorer styrt av mikroprosessoren slik at servomotoren roterer til den ene eller den andre siden og så roterende CanSat. Det er to hovedtyper avhengig av om CanSat inneholder fallskjerm eller seilfly eller rotor og vinger.

CanSats med fallskjerm eller paraglider

Disse enhetene har generelt et styresystem som består av tråder som beveger seg asymmetrisk for å generere en forskjell i løft av lengdeaksen slik at CanSat roterer på en eller annen måte. Den bruker ganske enkel mekanikk. Disse enhetene er vanskelige å styre på grunn av den generelt lave nedstigningen og det store overflatearealet løfter den.

CanSats med vinger eller rotorer

Mekanisk mer kompleks og mindre sårbar for værforhold som CanSats med fallskjerm eller seilfly. Denne typen gadgets er mye mer tøffe å styre og krever et elektronisk system som kan utføre mange flere korreksjoner per sekund på grunn av den høyere nedstigningen.

Åpen klasse

I denne kategorien kan enhver robot som ikke er inkludert i noen av de to foregående kategoriene sendes inn. De fleste CanSat som presenteres i denne kategorien er roboter som tester nye systemer eller nye design som ennå ikke er testet (teknologidemonstratorer).

Pedagogisk interesse

De lave implementeringskostnadene, den korte forberedelsestiden og enkelheten i design sammenlignet med andre romprosjekter gjør dette konseptet til en utmerket praktisk mulighet for studentene til å ta sine første skritt i verdensrommet. Studentene er ansvarlige for å velge måten oppdraget oppfylles på, CanSat -design, integrering av komponenter, korrekt driftskontroll, lanseringsforberedelse, dataanalyse og teamorganisasjon ved å fordele arbeidsmengden. Det er i utgangspunktet en skala kopi av design, opprettelse og oppskyting av en ekte satellitt. Prosessen som kreves for å utvikle en CanSat innebærer en læringsprosess kjent som problembasert læring , en ny undervisningsmetode der eleven er hovedpersonen og den som må løse problemene. Hovedkarakteristikken for denne typen prosjekter er å bli utført av team som står overfor åpne problemer drevet av påfølgende utfordringer. Støtten fra lærere avtar i tråd med den erfaringen gruppen nå for å innse at systemteknikk også må håndtere kompleksiteten i utvikling og forskning av egne evner. Romteknisk disiplin er en av de mest typiske metodene som brukes i utdanning fordi den gir et bredt spekter av attraktive temaer.

Konkurranser

CanSat -konkurranser gjennomføres i Europa, USA og Asia, etc.

forente stater

CanSat -konkurranse

I USA arrangeres en av CanSat design-build-launch-konkurranser av American Astronautical Society og American Institute of Aeronautics and Astronautics . Andre sponsorer av konkurransen inkluderer Naval Research Laboratory , NASA , AGI, Orbital Sciences Corporation , Praxis Incorporated og SolidWorks .

ARLISS

ARLISS Project er et samarbeid mellom studenter og fakultetsutviklingsprogrammet Space Systems ved Stanford University og andre utdanningsinstitusjoner for å bygge, starte, teste og gjenopprette prototype miniatyriserte satellitter som forberedelse til oppskytning i jordens bane eller Mars -rom. ARLISS foreslår en utfordring å skaffe praktisk erfaring i livssyklusen (omtrent et år) til et romprosjekt. Hvert lag designer og bygger en eller flere satellitter, og de flytter til oppskytingsstedet i Black Rock, Nevada, for å føre tilsyn med forberedelse, lansering, drift og sikker gjenoppretting av eksperimentene sine. ARLISS leverer rakettene som hver kan bære tre CanSats -fallskjerm i 3500 meters høyde, noe som gir hver CanSat en flyvetid på omtrent 15 minutter til eksperimentene, som simulerer en horisont til horisonten i bane rundt lav bane.

Europa

Den europeiske Cansat -konkurransen fremmes av European Space Agency og den er fokusert på videregående elever. Det er en konkurranse der hver CanSat må oppfylle de tradisjonelle volumkravene og ikke overstige 350 gram masse sammen med andre relatert til flytiden og budsjettet. I tillegg til å måle trykk og temperatur og overføre disse dataene i sanntid. Bortsett fra dette, bør CanSat spille et sekundært oppdrag av fritt valg. Forslag til dette oppdraget brukes til å velge lagene som skal lansere CanSats ombord på en rakett som stiger til 1000 meter, hvor den åpner og slipper de to CanSats som er inne.

India

University CanSat Challenge av ARDL-CanSat kommer til India er en design-build-fly-konkurranse som gir lag en mulighet til å oppleve livssyklusen til et luftfartssystem. University CanSat Challenge er designet for å gjenspeile et typisk luftfartsprogram i liten skala. Oppdraget og dets krav er designet for å gjenspeile ulike aspekter ved virkelige oppdrag, inkludert krav til telemetri, kommunikasjon og autonome operasjoner. Hvert lag blir scoret gjennom hele utfordringen på leveranser i virkelige verden, for eksempel tidsplaner, designanmeldelser og demonstrasjonsflyvninger. Arrangementet var i midten av august 2015 til lanseringen 17. januar 2016 på Hoskote, det ble organisert av Applied Research Development Laboratories og arrangert av Indian Institute Science, Bangalore. Paneldeltakerne som dømte hendelsen var fremtredende forskere fra ISRO. Team NIT Surat dukket opp som seirende etter orienteringen etter Post Flight.

Tyrkia

Türksat Model Uydu Yarışması Grizu-263 Uzay Takımı  [ tr ] har deltatt i Cansat-konkurransen de siste 4 årene og har 2 plasser i verden og 1 plass i verden også mesteren i Türksat Model Satellite Competition 2019.

Tsjekkisk Republikk

Organisert av ESERO Tsjekkia er det en liten konkurranse som fungerer som en kvalifiseringskamp for den europeiske CanSat -konkurransen. Fokus for deltakerne er, sammen med konstruksjonen av selve satellitten, hovedsakelig på en effektiv presentasjon av prosjektet for juryen så vel som publikum ettersom tilstedeværelsen på sosiale nettverk og den generelle offentlige representasjonen av prosjektet utgjør en betydelig del av den endelige evalueringen.

Spania

Laboratory for Space and Microgravity Research (LEEM) sammen med hjelp fra Polytechnic University of Madrid (UPM) organiserer en internasjonal CanSat -konkurranse siden den første internasjonale CanSat -konkurransen som fant sted i 2008. Det er tre kategorier i henhold til typer CanSat beskrevet øverst på denne siden. Det er en annen åpen kategori der størrelsesbegrensningene ikke er så strenge og gadgeten kan ha en større masse på opptil 1 kilo. På samme måte som i den europeiske konkurransen, bør noen data sendes via telemetri i sanntid, og det er budsjettbegrensninger for deltakerlagene.

Frankrike

Organisert av CNES (det franske romfartsorganet) og foreningen Planète Sciences, finner den franske konkurransen sted under C'Space- kampanjen, et oppsøkende program for romrelatert teknologi for ungdom. I denne konkurransen slippes CanSats fra et statisk dirigerbart luftskip i en høyde rundt 200 m. To kategorier er tilgjengelige: "internasjonal" og "åpen", der volumkravene utvides for å tillate et volum på opptil 1 liter sammenlignet med 330 milliliter av en tradisjonell CanSat.

Republikken, Korea

Fra 2012 har det koreanske vitenskapsdepartementet, IKT og fremtidig planlegging sponset koreansk CanSat -konkurranse / leir for å popularisere CanSat -kulturen i Korea og forbedre studentens kunnskap om satellittstyring. Denne konkurransen, sammen med Korean CubeSat Competition, utgjør to hoved satellittkonkurranser som tilbys av den koreanske regjeringen. Konkurransen opprettholdes av SaTReC (Satellite Technology Research Center), et nasjonalt satellittforskningssenter som er ansvarlig for flere vellykkede koreanske satellitter, og er en del av KAIST -en av de mest prestisjefylte vitenskapsorienterte skolene. Alle gebyrer for utvikling av CanSats er subsidiert av den koreanske regjeringen ved behov, som en del av regjeringens masterplan for å utvikle romteknologi. Videregående studenter og studenter kan lage et team på 3 studenter til å delta i denne konkurransen.

Videregående elever (klasse 10 ~ 12) deltar i Seulgi -sektoren (슬기 부), og må gjennomgå flere kreative oppgaver ved hjelp av den grunnleggende CanSat -plattformen. Eksempler på disse oppgavene inkluderer ' Python -basert basissystem', 'Modular Structure for CanSats'. Hver mai bør alle deltakende lag sende inn sin plan for å utvikle CanSat og utføre teamspesifikke oppgaver. Deretter 20 team som velges ut fra levedyktigheten til oppgaven og grunnleggende kunnskap om CanSat. Disse teamene går gjennom online-basert utdanning og får tid til å implementere oppgavene sine i henhold til basissystemet de har bygget. Fullstendigheten av oppgavene og basissystemet evalueres nok en gang for å velge 10 lag som endelig kan lansere CanSat. Etter utdanningsøkt av koreanske romforskere, blir disse Cansat lansert i Goheung, som også området Naro Space Center ligger.

Studenter deltar i Changjo -sektoren (창조 부), og gjennomgår en lignende prosess som videregående studenter gjør. Hovedforskjellen er at mens videregående studenter mottar basestasjonsprogrammer for å hjelpe studenter som ikke er vant til programmering, bør lavere studenter programmere sine basestasjonsprogrammer for seg selv. Den grunnleggende timeplanen er den samme som for videregående elever.

Ungdomsskolen og noen barneskoleelever (5. – 9. Trinn) deltar i det som kalles 'Korean CanSat Camp', vedlikeholdt og sponset av de samme myndighetene. Basert på deres interesse og kunnskap om CanSat, er 30 lag, som består av 2 studentmedlemmer, valgt til å delta i CanSat -leiren. I to dager blir disse studentene utdannet av koreanske romforskere. De utvikler sin grunnleggende CanSat (med GPS, luminanssensor, treghetsmasseenhet, etc.) under leiren.

Japan

Lansering ved hjelp av en ballong i den japanske konkurransen på Noshiro Space Event '07 holdt i Noshiro, Akita

I Japan arrangeres denne konkurransen av UNISEC (University Space Engineering Consortium) og i motsetning til andre utgaver der CanSats blir skutt opp av en rakett, her er det en ballong som stiger til en viss høyde, hvoretter CanSat slippes. Denne konkurransen handler om å nå en bestemt posisjon, enten gjennom endring av flybanen, eller ved å legge til hjul for å la CanSat komme til ønsket sted.

Argentina

I Argentina er det et CanSat -møte, men det er ikke konkurransedyktig; i stedet for dette er CanSat-programmet en studiemetodikk utført gjennom eksperimentering ved hjelp av selvbygde gjenbrukbare bæreraketter. Dette programmet er utgitt gratis og gir studentene tilfredshet, og involverer dem i hele livssyklusen til et komplekst ingeniørprosjekt, alt fra konseptuell design, integrering, testing og faktisk systemoperasjon, og avsluttes med et møte med oppsummering etter oppdraget. CanSat -programmet arrangeres årlig av ACEMA (Association of Experimental Rocketry and Space Modeling of Argentina). Programmet ble presentert i september 2003 på en pedagogisk konferanse, og den første argentinske CanSat ble lansert i november 2004, utarbeidet av studenter ved Colegio San Felipe Neri.

Iran

Iran Cansat Competition (ICC) er en annen konkurranse som arrangeres for design og produksjon av Cansat, sponset av Iran Astronautics Research Institute (ARI). Konkurransen har blitt arrangert hvert år siden 2011 og inneholder to kategorier som heter Klassisk og Profesjonell. Den klassiske kategorien inkluderer oppgaver med atmosfærisk lyd og foto/videoopptak, mens den profesjonelle inkluderer Bio-Payload Recovery og Comeback-oppdrag. Lag skal forberede PDR og CDR før operasjonen og PFR etter at cansatsene ble testet i feltet. Det forventes at studentene ikke bare forbedrer kunnskapen om tekniske spørsmål, men også får det systematiske synet som trengs for et tverrfaglig prosjekt og får opplevelsen av å være involvert i et prosjekt i hele livssyklusen fra bunnen av til produktet. Den fjerde Iran International Cansat Competition (ICC2014) skulle etter planen avholdes i oktober 2014. Åtte konkurranser har blitt arrangert. (2019-2020) I den åttende runden i konkurransen (2019-2020) hadde de to lagene AUTSPACE og AUTSPACE-Pluse fra Amirkabir University of Technology vant første og tredje plass under oppsyn av Ahmadreza Karami og råd fra Dr. Kamran Raisi . Et lag fra Yazd University of Iran kan også vinne den andre tittelen.

Sør-Afrika

Den første sørafrikanske CanSat ble båret til en høyde på 1650m, som nyttelast ombord på en High Power Rocket, 6. november 1999. Cansat ble kalt, ZACan-1, og ble designet og bygget av Stéfan Stoltz og ble lansert i Roodewal FAR76 luftrom (Limpopo-provinsen) ) som en del av en teknologiutstilling av University of the North (nå University of Limpopo). I 2011/12 lanserte University of Cape Town (UCT) sin første CanSat -konkurranse i samarbeid med South African Astronomical Observatory. Fra 2013 har en rekke sørafrikanske universiteter begynt å evaluere og integrere CanSat -prosjekter i læreplanene. Det forventes at den sørafrikanske nasjonale romfartsorganisasjonen vil spille en ledende rolle i den fremtidige markedsføringen av CanSat -konkurranser i Sør -Afrika.

Irakisk Kurdistan

Et CanSat -program i Kurdistan, kjent som Computer Rocket Association of Iraqi Kurdistan (nå nedlagt) ble opprinnelig opprettet i 1992 av Falah Mustafa Bakir. Den kurdistanske regjeringen, som på dette tidspunktet utviklet sitt missilprogram for kortdistanser, opprettet foreningen for å oppmuntre unge studenter til å bli med i det militære teknologifeltet. Programmet var en suksess og finansiering ble nesten tredoblet mot begynnelsen av 2000. I løpet av Husseins siste år ved makten fra 2000 til 2003 mottok forbundet mye mer begrenset finansiering på grunn av, ifølge Husseins sekretær, det som ble kjent som "subversiv aktivitet i Rocketry Association for å viderekoble midler til fienden ". Begrunnelsen var ubegrunnet, og forbundet varte knapt før invasjonen av Irak i 2003.

I 2003 under invasjonen av USA-koalisjonen i Irak ble foreningens finansiering fullstendig kuttet på grunn av alvorlige belastninger fra regjeringen i krigen. Foreningen ble oppløst etter at invasjonen ble avsluttet i slutten av 2003, men amerikanske militærfigurer så potensialet til et rakettprogram i USA. Like etter gjorde finansiering for en student-sentrert rakettforening det mulig for 26 amerikanske skoler å ha programmet. Helt siden har flere land vedtatt studentrakettprogrammene og utvidet finansieringen til teknologibaserte STEM-foreninger, modellert etter suksessen til den første Computer Rocket Association of Iraqi Kurdistan. [Kilde?]

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker