Tutorial de l’acceleròmetre CubeSat: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Un cubesat és un tipus de satèl·lit miniaturitzat per a la investigació espacial que es compon de múltiples d'unitats cúbiques de 10x10x10 cm i una massa no superior a 1,33 quilograms per unitat. Els cubesats permeten enviar una gran quantitat de satèl·lits a l’espai i permeten al propietari el control complet de la màquina independentment d’on estiguin a la terra. Els cubesats també són més assequibles que qualsevol altre prototipus actual. En definitiva, els cubesats faciliten la immersió a l’espai i difonen el coneixement de l’aspecte del nostre planeta i univers.

Un Arduino és una plataforma o una mena d’ordinador que s’utilitza per construir projectes electrònics. Un Arduino consisteix tant en una placa de circuit programable com en una part del programari que s’executa a l’ordinador, que s’utilitza per escriure i penjar el codi de l’ordinador a la placa.

Per a aquest projecte, es va permetre al nostre equip escollir qualsevol sensor que volguéssim detectar qualsevol aspecte determinat de la composició de Mart. Vam decidir anar amb un acceleròmetre o un dispositiu electromecànic utilitzat per mesurar les forces d’acceleració.

Per fer que tots aquests dispositius funcionessin junts, havíem de connectar l’acceleròmetre a la placa de l’Arduino i connectar-los a l’interior del cubesat i assegurar-nos que resistís una simulació de vol i una prova d’agitació. Aquesta informació útil explicarà com hem aconseguit això i les dades que hem recollit de l’Arduino.

Pas 1: establir objectius (Alex)

El nostre principal objectiu per a aquest projecte era utilitzar un acceleròmetre (no us preocupeu, explicarem què és això més endavant) col·locat dins d’un CubeSat, per mesurar l’acceleració deguda a la gravetat a Mart. Havíem de construir un CubeSat i provar-ne la durabilitat de diverses maneres. El més difícil de fixar i planificar els objectius va ser adonar-se de com contenir l’Arduino i l’acceleròmetre dins del CubeSat d’una manera segura. Per fer-ho, havíem d’arribar a un bon disseny CubeSat, assegurar-nos que tingués 10x10x10cm i assegurar-se que pesés menys d’1,3 quilograms.

Vam determinar que Legos seria de fet durador i fàcil de construir. Les llegos també eren quelcom que algú ja podia tenir, en lloc de gastar diners en materials de construcció. Afortunadament, el procés d’elaboració d’un disseny no va trigar gaire, com veureu al següent pas.

Pas 2: Dissenyeu Cubesat

Per a aquest cubesat específic, hem utilitzat llegos per la seva facilitat de construcció, fixació i durabilitat. El cub sedent ha de tenir 10x10x10 cm i pesar menys d’1,33 kg (3 lliures) per U. Els Legos faciliten la mida exacta de 10x10x10 cm mentre s’utilitzen dues bases Lego per al terra i la tapa del cubesat. És possible que hagueu de serrar les bases de Lego per aconseguir-les exactament com les voleu. A l'interior del cubesat, tindreu el vostre arduino, taulers de suport, bateria i suport per a targetes SD, tots units a les parets mitjançant l'adhesiu que vulgueu. Hem utilitzat cinta adhesiva per assegurar-nos que cap peça no s’afluixés a l’interior. Per fixar el cubesat a l’òrbita hem utilitzat cordes, gomes i una tirana. Les bandes de goma s’han d’embolicar al voltant del cubesat com si estiguessin embolicades amb un regal. La corda es lliga al centre de la goma de la tapa. A continuació, la corda es fa en bucle mitjançant una corbata amb cremallera que després s’enganxa a l’orbitador.

Pas 3: construeix Arduino

El nostre objectiu d’aquest CubeSat, com s’ha dit abans, era determinar l’acceleració deguda a la gravetat a Mart amb un acceleròmetre. Els acceleròmetres són circuits integrats o mòduls que s’utilitzen per mesurar l’acceleració d’un objecte al qual estan units. En aquest projecte vaig aprendre els conceptes bàsics de codificació i cablejat. He utilitzat un mpu 6050 que s’utilitza com a dispositiu electromecànic que mesura les forces d’acceleració. En detectar la quantitat d’acceleració dinàmica, podeu analitzar la manera com el dispositiu es mou als eixos X, Y i Z. En altres paraules, podeu saber si es mou cap amunt i cap avall o de costat a costat; un acceleròmetre i algun codi us poden proporcionar les dades per determinar aquesta informació. Com més sensible sigui el sensor, més precises i detallades seran les dades. Això significa que per a un determinat canvi d’acceleració, hi haurà un canvi més gran en el senyal.

Vaig haver de connectar l’arduino, que ja estava connectat a l’acceleròmetre, al suport de la targeta SD que emmagatzemaria les dades rebudes durant la prova de vol per poder-les pujar a l’ordinador. D’aquesta manera podem veure les mesures dels eixos X, Y i Z per veure on hi havia el cubesat a l’aire. Podeu veure a les imatges adjuntes com connectar l’arduino a l’acceleròmetre i a la taula de treball.

Pas 4: proves de vol i vibracions (Alex)

Per tal de garantir la durabilitat del cub, hem hagut de fer-ho mitjançant una sèrie de proves que simularien l’entorn pel qual es passaria a l’espai.. Vam haver de connectar l’arduino a un dispositiu anomenat orbitador i simular el recorregut del vol al voltant del planeta vermell. Vam provar diversos mètodes per fixar el cub sat, però finalment vam poder instal·lar-nos en una doble goma que s’envoltava al voltant del cub sat. Després es va unir una corda a les gomes.

La prova de vol no va ser immediatament un èxit, ja que en el nostre primer intent, algunes de les cintes van començar a sortir. A continuació, vam canviar els dissenys a l'opció de goma esmentada al paràgraf anterior. Tot i que en el nostre segon intent, vam poder fer volar el cadell a la velocitat requerida, durant 30 segons, sense que es produís cap problema.

La següent prova va ser la prova de vibracions, que simularia vagament el cub que viatjava per l'atmosfera d'un planeta. Vam haver de posar el cub assegut a la taula de vibracions i augmentar la potència fins a un cert grau. Aleshores, el cub va haver de romandre en tacte durant almenys 30 segons a aquest nivell de potència. Per sort per a nosaltres, vam poder passar tots els aspectes de la prova en el nostre primer intent. Ara només quedava la recopilació de dades i les proves finals.

Pas 5: Interpretació de dades

Amb les dades que vam obtenir després de fer la prova final, podeu veure per on viatjava el cub en els eixos X, Y i Z i determinar l’acceleració dividint el vostre desplaçament pel temps. Això us proporciona la velocitat mitjana. Ara, mentre l'objecte s'acceleri uniformement, només cal multiplicar la velocitat mitjana per 2 per obtenir la velocitat final. Per trobar l’acceleració, agafeu la velocitat final i la dividiu pel temps.

Pas 6: Conclusió

L’objectiu final del nostre projecte era determinar l’acceleració de la gravetat al voltant de Mart. A través de les dades recopilades mitjançant Arduino, es pot determinar que l’acceleració gravitatòria mentre orbita Mart continua sent constant. A més, mentre es viatja al voltant de Mart, la direcció de l'òrbita canvia constantment.

En general, les aportacions més importants del nostre equip van ser el nostre creixement en la fluïdesa en la lectura i escriptura de codi, la nostra comprensió d’una nova tecnologia a l’avantguarda de l’exploració de l’espai i la nostra familiaritat amb el funcionament intern i molts usos d’un Arduino.

En segon lloc, durant tot el projecte, el nostre equip no només va aprendre els conceptes de tecnologia i física esmentats, sinó que també vam aprendre habilitats de gestió de projectes. Algunes d’aquestes habilitats inclouen complir els terminis, ajustar-se per a supervisions de disseny i problemes imprevistos i dur a terme reunions diàries de manera stand-by per donar responsabilitat al nostre grup i, al seu torn, mantenir a tothom en el camí per assolir els nostres objectius.

En conclusió, el nostre equip va complir tots els requisits de proves i dades, a més d’aprendre inestimables habilitats físiques i de gestió d’equip que podem desenvolupar en futurs esforços a l’escola i en qualsevol professió orientada al treball en grup.