CanSat - CanSat

Внутренние механизмы CanSat

CanSat представляет собой тип звучания ракеты полезной нагрузки используется для обучения космической техники . Это похоже на технологию, используемую в миниатюрных спутниках . Ни один спутник CanSat никогда не покидал атмосферу и не вращался вокруг Земли.

В соревнованиях CanSat полезная нагрузка должна соответствовать объему типичной банки из-под газировки (диаметр 66 мм и высота 115 мм) и иметь массу менее 350 г. Антенны можно устанавливать снаружи, но диаметр не может увеличиваться, пока CanSat не покинет ракету-носитель. CanSat запускаются с небольшой ракеты на высоту, которая варьируется в зависимости от соревнования. CanSat оснащены системой восстановления, обычно парашютом, для ограничения повреждений при восстановлении и для повторного использования CanSat. Спутники CanSats используются для обучения космической технике из-за их недорогой цены и небольшого объема.

История

В 1998 году около 50 студентов и преподавателей из 12 университетов США и Японии встретились на симпозиуме на Гавайях. Это был первый "Университетский симпозиум по космическим системам". Здесь Боб Твиггс , почетный профессор Стэнфордского университета , предложил первоначальную идею того, что позже станет проектами наноспутников. Эта идея заключалась в том, чтобы запустить в космос конструкцию размером с банку из-под газировки. Его объем должен составлять около 350 миллилитров, а масса - около 500 граммов. Это привело к начатому в 1999 году проекту под названием ARLISS, в котором участвовали в основном американские и японские университеты, первый запуск которого состоялся 11 сентября того же года, и который продолжался каждый год без перерыва. Первоначальная идея, которая все еще преобладает сегодня, заключалась в запуске трех спутников объемом 350 миллилитров или спутника большего объема. Средством будет ракета, способная перемещать 1,8 кг и подниматься на высоту 4000 метров, открывая двери для недорогих космических полетов - около 400 долларов. В 2000 году задачи были очень разными: например, расчет открытия посадочной системы с использованием данных, предоставленных барометром, или использование дифференциальной системы GPS . В более сложной ситуации проект оказался в 2001 году, когда была добавлена ​​категория ComeBack, согласно которой спутник должен быть направлен на конкретную цель. Эта миссия была очень успешной, и в 2002 году студенты Лаборатории космической робототехники Университета Тохоку поднялись на 45 метров от цели, а в 2006 году эта цифра упала до 6 метров. Интерес к этому типу спутников растет и распространяется. В 2003 году Токийский университет вывел на орбиту два спутника CubeSat , размер которых немного больше, чем у CanSat, и имеющих форму куба. В последние годы было разработано несколько соревнований по той же концепции, предложенной профессором Бобом Твиггсом и отраженной в ARLISS как на национальном, так и на международном уровне.

Операция

Основные элементы

Некоторые элементы являются общими для всех CanSat:

Аккумулятор

Батарея подает питание для работы всех систем робота , и они имеют важное значение для любого робота или электронной системы, наиболее часто используемых в связи с его производительностью и соотношением тока веса являются литиевые полимерные батареи (LiPo).

Микропроцессор

Микропроцессор является сердцем робота, так как она отвечает за прием сигналов от внешних датчиков (например, высотомер, акселерометр или передатчика) , а также процессы их действовать в соответствии с программой. Большинство микропроцессоров включают или могут включать внутреннюю память для хранения данных, полезную для хранения информации от различных датчиков во время полета. Некоторые коммерческие микропроцессоры, используемые на этом уровне:

  • Ардуино
  • МБед
  • AVR


Вторичные элементы

Помимо вышеупомянутых элементов, могут быть добавлены другие в соответствии с возложенной на него миссией.

Барометр

Барометр состоит из измерительной ячейки давления , который соединен с микропроцессором и посылает сигнал со значением напряжения в соответствии с давлением он чувствует. Микропроцессор использует стандартные атмосферные условия для определения высоты. Пример барометра, используемого в приборах этого типа:

  • SCP1000

Термометр

Термометр выполняет операции , аналогичные барометр , но сигнал напряжения направляется в микропроцессор , зависит от температуры , измеренной. Микропроцессор интерпретирует этот сигнал, присваивая значение температуры. Вот примеры используемых термометров:

  • MAX6675
  • TMP102
Запуск ракеты CanSat (слева) и CanSat (справа)

Модуль GPS

GPS система позиционирования земли , состоящая на спутниковую сеть на орбите вокруг Земли, непрерывно посылать свои позиции и время передачи. На основе этих данных приемник триангулирует свое положение со всеми доступными спутниками, чтобы получить более высокую точность. Эта позиция отправляется в микропроцессор через последовательный порт в виде линии данных.

На проектном уровне приемники GPS должны располагаться в таком месте, где линия обзора спутников является как можно более прямой, чтобы не выходить за пределы досягаемости этих спутников во время полета. В металлической конструкции CanSat приемники всегда должны располагаться там, где конструкция не влияет на эту линию обзора.

Камера

В CanSat можно включить мини- камеру, чтобы снимать что угодно, пока CanSat спускается в воздух. Принимая во внимание, что CanSat не может получать приказы управлять камерой, когда робот находится в воздухе, поэтому микропроцессор должен быть тем, который приказывает камере делать снимок. Это пример камеры для CanSat:

  • Камера C328

Cansats также можно использовать для трехмерного картографирования. Пример такого есть по ссылке: https://cansat.unisec.info/

Акселерометр

Эта система состоит из одного или нескольких акселерометров в разных осях. Все акселерометры в стороне позволяют измерять ускорения в согласованных осях. Акселерометры можно использовать для сбора данных или определения положения (путем интеграции). Лучшие акселерометры, предназначенные для определения положения, называются INS инерциальной навигационной системы . Они используются на некоторых моделях CanSat. Неопределенность этой системы зависит от ошибки при калибровке датчиков. Плюсы этой системы заключаются в том, что GPS не нужен, и в невосприимчивости к магнитным помехам. Это позволяет использовать несколько мест внутри CanSat. Некоторые из наиболее часто используемых акселерометров:

  • ADXL345
  • LIS302

Электронный компас

Иногда необходимо знать направление, в котором движется CanSat (например, чтобы выполнить управляемый спуск), и в этом случае датчик компаса представляет собой очень маленький датчик, который, как и традиционный компас, измеряет угол между его направлением и севером. Этот угол передается микропроцессору через разность потенциалов. Микропроцессор интерпретирует входящий сигнал и действует соответственно. Таким образом, если CanSat должен был прибыть к цели без использования GPS-приемника, этот датчик сыграл бы решающую роль. Некоторые модели используемых компасов:

  • CMPS03
  • HMC6352
  • HMC5843

Типы

В основном есть два типа CanSat, хотя третья категория обычно добавляется для тех машин, которые не подходят к двум первым:

Телеметрия

Это тот, чьей основной целью является сбор и передача данных о полете и погодных условиях в реальном времени для обработки наземной станцией. CanSats этой категории не используют систему рулевого управления , поскольку ее цель не в том, чтобы упасть в определенной точке, а в сборе данных во время спуска (что обычно не контролируется). Из систем, упомянутых в предыдущих разделах, наиболее часто используются: барометр, термометр, GPS и камера.

Вернись

Основная их задача - контролируемым образом приземлиться как можно ближе к цели, отмеченной координатами GPS. Эти устройства могут управляться с помощью GPS или инерциальной навигационной системы INS . Это положение отправляется в микропроцессор, который сравнивает положение цели на основе анализа этих данных, чтобы вычислить угол, на который она должна повернуться, чтобы поразить цель, и дает соответствующие инструкции системе рулевого управления . Этот процесс постоянно повторяется для внесения исправлений. Такие устройства также хранят данные о полете, но поскольку количество датчиков, которые их сопровождают, меньше, информации меньше, чем в предыдущем типе. ComeBack CanSat всегда имеет систему рулевого управления , которая позволяет ему маневрировать, ориентироваться и двигаться к цели. Обычно такой механизм приводится в действие одним или несколькими исполнительными механизмами, управляемыми микропроцессором, так что серводвигатель вращается в одну или другую сторону и, таким образом, вращает CanSat. Есть два основных типа в зависимости от того, включает ли CanSat парашют или планер или ротор и крылья.

CanSats с парашютом или парапланом

Эти устройства обычно имеют систему рулевого управления, состоящую из нитей, которые перемещаются асимметрично, чтобы создать разницу в подъемной силе продольной оси, чтобы CanSat вращался тем или иным образом. Он использует довольно простую механику. Этими устройствами трудно управлять из-за, как правило, низкой скорости спуска и большой площади поверхности, позволяющей поднять их.

CanSats с крыльями или роторами

Механически более сложный и менее уязвимый к погодным условиям, чем CanSats с парашютом или планерами. Гаджеты этого типа гораздо сложнее в управлении и требуют электронной системы, способной выполнять гораздо больше корректировок в секунду из-за более высокой скорости спуска.

Openclass

В эту категорию может быть подан любой робот, не входящий ни в одну из двух предыдущих категорий. Большинство CanSat, представленных в этой категории, - это роботы, тестирующие новые системы или новые разработки, которые еще не были протестированы (демонстраторы технологий).

Образовательный интерес

Низкая стоимость реализации, короткие сроки подготовки и простота дизайна по сравнению с другими космическими проектами делают эту концепцию отличной практической возможностью для студентов сделать свои первые шаги в космосе. Студенты несут ответственность за выбор способа выполнения миссии, дизайна CanSat, интеграции компонентов, проверки правильности работы, подготовки к запуску, анализа данных и организации команды путем распределения рабочей нагрузки. По сути, это масштабная копия конструкции, создания и запуска реального спутника. Процесс, необходимый для разработки CanSat, влечет за собой процесс обучения, известный как проблемное обучение , новый метод обучения, в котором учащийся является главным действующим лицом и тем, кто должен решать проблемы. Основная особенность этого типа проекта заключается в том, что его выполняют команды, которые сталкиваются с открытыми проблемами, движимыми последовательными вызовами. Поддержка, оказываемая учителями, снижается в соответствии с опытом, приобретаемым группой для осознания того, что системная инженерия также должна иметь дело со сложностью развития и исследования их собственных способностей. Дисциплина космической инженерии - один из наиболее типичных методов, используемых в образовании, поскольку он предлагает широкий спектр привлекательных тем.

Соревнования

Соревнования CanSat проводятся в Европе, США, Азии и т. Д.

Соединенные Штаты

CanSat Competition

В Соединенных Штатах один из конкурсов на разработку, создание и запуск CanSat организован Американским астронавтическим обществом и Американским институтом аэронавтики и астронавтики . Среди других спонсоров конкурса - Лаборатория военно-морских исследований , НАСА , AGI, Orbital Sciences Corporation , Praxis Incorporated и SolidWorks .

АРЛИСС

Проект ARLISS - это совместные усилия студентов и преподавателей Программы развития космических систем Стэнфордского университета и других учебных заведений по созданию, запуску, тестированию и восстановлению прототипов миниатюрных спутников в рамках подготовки к запуску на околоземную орбиту или в космос Марса. ARLISS предлагает задачу получить практический опыт жизненного цикла (около года) космического проекта. Каждая команда проектирует и строит один или несколько спутников, и они переезжают на стартовую площадку в Блэк-Рок, штат Невада, чтобы наблюдать за подготовкой, запуском, работой и безопасным восстановлением своих экспериментов. ARLISS предоставляет ракеты, каждая из которых может нести три парашюта CanSat на высоте 3500 метров, что позволяет каждому CanSat время полета около 15 минут до экспериментов, что имитирует переход от горизонта к горизонту по орбите на низкой орбите.

Европа

Европейский конкурс Cansat проводится Европейским космическим агентством и ориентирован на учащихся старших классов. Это соревнование, в котором каждый CanSat должен соответствовать традиционным требованиям к объему и не превышать 350 граммов массы вместе с другими, связанными с временем полета и бюджетом. Помимо измерения давления и температуры и передачи этих данных в режиме реального времени. Помимо этого, CanSat должен выполнять второстепенную миссию по свободному выбору. Предложения для этой миссии используются для выбора команд, которые будут запускать свои CanSat на борту ракеты, которая поднимается на высоту 1000 метров, где она открывает и сбрасывает два CanSat, которые находятся внутри.

Индия

Университетский CanSat Challenge от ARDL - CanSat прибывает в Индию - это соревнование «дизайн-сборка-полет», которое дает командам возможность испытать жизненный цикл проекта аэрокосмической системы. Университетская программа CanSat Challenge предназначена для отражения типичной аэрокосмической программы в небольшом масштабе. Миссия и ее требования предназначены для отражения различных аспектов реальных миссий, включая требования к телеметрии, связи и автономные операции. Каждая команда получает баллы на протяжении всего испытания по результатам реального мира, таким как графики, проверки проекта и демонстрационные полеты. Мероприятие проходило с середины августа 2015 года до запуска 17 января 2016 года в Хоскоте. Оно было организовано лабораториями прикладных исследований и проводилось Индийским научным институтом в Бангалоре. Эксперты, судившие мероприятие, были видными учеными ISRO. Команда NIT Surat вышла победителем после брифингов после полетов.

Турция

Модель Türksat Uydu Yarışması Grizu-263 Uzay Takımı  [ tr ] последние 4 года участвует в конкурсе Cansat и занимает 2 места в мире и 1 место в мире, а также является чемпионом конкурса моделей спутников Türksat 2019 года.

Чехия

Это небольшое соревнование, организованное ESERO Czech Republic, служит квалификационным этапом для European CanSat Competition. Наряду со строительством самого сателлита участники в основном сосредоточены на эффективной презентации проекта жюри, а также общественности, поскольку присутствие в социальных сетях и общая публичная репрезентация проекта составляют значительную часть. окончательной оценки.

Испания

Лаборатория космических исследований и исследований микрогравитации (LEEM) при поддержке Политехнического университета Мадрида (UPM) организует международный конкурс CanSat после первого международного конкурса CanSat, который состоялся в 2008 году. Существует три категории в соответствии с типами CanSat подробно описан в верхней части этой страницы. Есть еще одна открытая категория, в которой ограничения по размеру не такие строгие, и гаджет может иметь большую массу, примерно до 1 килограмма. Как и в европейском соревновании, некоторые данные должны отправляться телеметрией в реальном времени, а для команд-участников существуют бюджетные ограничения.

Франция

Французский конкурс, организуемый CNES (Французское космическое агентство) и ассоциацией Planète Sciences, проходит в рамках кампании C'Space , информационно-пропагандистской программы для молодежи в области космических технологий. В этом соревновании CanSat сбрасываются со статичного дирижабля на высоте около 200 м. Доступны две категории: «международная» и «открытая», в которых требования к объему расширены, чтобы обеспечить объем до 1 литра по сравнению с 330 миллилитрами традиционного CanSat.

Республика Корея

С 2012 года корейское министерство науки, ИКТ и планирования будущего спонсирует корейский конкурс / лагерь CanSat для популяризации культуры CanSat в Корее и повышения уровня знаний студентов в области управления спутниками. Это соревнование, наряду с корейским CubeSat Competition, представляет собой два основных сателлитных соревнования, проводимых корейским правительством. Конкурс проводится SaTReC (Центр исследований спутниковых технологий), национальным центром спутниковых исследований, который отвечает за несколько успешных корейских спутников и является частью KAIST - одной из самых престижных школ, ориентированных на науку. Все сборы за разработку CanSat субсидируются корейским правительством по мере необходимости в рамках государственного генерального плана по развитию космической техники. Для участия в конкурсе старшеклассники и студенты бакалавриата могут составить команду из 3 человек.

Учащиеся старших классов (10–12 классы) участвуют в секторе Сыльги (슬기 부), и им необходимо выполнять дополнительные творческие задания, используя базовую платформу CanSat. Примеры этих задач включают « Базовая система на основе Python », «Модульная структура для CanSats». Каждый год в мае все участвующие команды должны представить свой план по разработке CanSat и выполнению командных задач. Затем 20 команд, выбранных в соответствии с жизнеспособностью их задач и базовыми знаниями о CanSat. Эти команды проходят онлайн-обучение и получают время для выполнения своих задач в соответствии с созданной ими базовой системой. Еще раз оценивается полнота их задач и базовая система, чтобы выбрать 10 команд, которые наконец смогут запустить свой CanSat. После обучения корейских исследователей космоса эти Cansat запускаются в Гохыне, который также находится в районе Космического центра Наро .

Студенты бакалавриата участвуют в секторе Чанджо (창조 부) и проходят такой же процесс, как и старшеклассники. Основное отличие состоит в том, что в то время как старшеклассники получают программы базовых станций, чтобы помочь ученикам, которые не привыкли к программированию, студенты бакалавриата должны программировать свои программы базовых станций для себя. Основной график такой же, как у старшеклассников.

Учащиеся средней школы и некоторые учащиеся начальной школы (5–9 классы) принимают участие в так называемом «корейском лагере CanSat», который поддерживается и спонсируется теми же властями. На основе их интереса и знаний о CanSat для участия в лагере CanSat были выбраны 30 команд, состоящих из 2 студентов. В течение 2 дней этих студентов обучают корейские исследователи космоса. Они разрабатывают свой базовый CanSat (с GPS, датчиком яркости, единицей инерционной массы и т. Д.) Во время лагеря.

Япония

Запуск с использованием баллона в японском конкурсе Noshiro Space Event '07, проходившем в Ноширо, штат Акита.

В Японии этот конкурс организован UNISEC (Консорциум университетской космической инженерии), и в отличие от других выпусков, в которых CanSat запускаются с помощью ракеты, здесь это воздушный шар, который поднимается на определенную высоту, после чего CanSat сбрасывается. Это соревнование заключается в достижении определенной позиции либо путем изменения траектории полета, либо путем добавления колес, чтобы CanSat мог прибыть в нужное место.

Аргентина

В Аргентине есть конференция CanSat, но она неконкурентоспособна; вместо этого программа CanSat представляет собой методологию исследования, проводимого путем экспериментов с использованием самодельных многоразовых пусковых установок. Эта программа выпускается бесплатно и обеспечивает удовлетворение учащихся, вовлекая их в весь жизненный цикл сложного инженерного проекта, начиная от концептуального проектирования, интеграции, тестирования и реальных операций системы, заканчивая встречей с кратким изложением итогов миссии. Программа CanSat ежегодно организуется ACEMA (Ассоциация экспериментальной ракетной техники и космического моделирования Аргентины). Программа была представлена ​​в сентябре 2003 г. на образовательной конференции, а в ноябре 2004 г. был запущен первый аргентинский спутник CanSat, подготовленный студентами Colegio San Felipe Neri.

Иран

Iran Cansat Competition (ICC) - это еще один конкурс, проводимый для разработки и производства Cansat, спонсируемый Иранским научно-исследовательским институтом астронавтики (ARI). Конкурс проводится ежегодно с 2011 года и состоит из двух категорий: «Классическая» и «Профессиональная». В классическую категорию входят миссии по зондированию атмосферы и фото / видеозахвату, а в «Профессиональная» - миссии по восстановлению биологической полезной нагрузки и возвращению. Команды должны подготовить PDR и CDR перед операцией и PFR после того, как канистры были испытаны в полевых условиях. Ожидается, что студенты не только улучшат свои знания по техническим вопросам, но и получат систематическое представление, необходимое для многопрофильного проекта, и получат опыт участия в проекте на протяжении всего жизненного цикла от нуля до продукта. Четвертый иранский международный конкурс Cansat (ICC2014) должен был состояться в октябре 2014 года. Было проведено восемь соревнований. (2019-2020 годы) В восьмом туре конкурса (2019-2020 годы) две команды - AUTSPACE и AUTSPACE-Pluse. от Amirkabir технологического университета выиграл первые и Третьи места под наблюдением в Ahmadreza Кар и советах по Dr.Kamran Раиси . Второй титул может завоевать и команда из Университета Йезд Ирана .

Южная Африка

Первый южноафриканский CanSat был доставлен на высоту 1650 м в качестве полезной нагрузки на борту ракеты большой мощности 6 ноября 1999 года. Названный ZACan-1, Cansat был разработан и построен Стефаном Штольцем и запущен в воздушном пространстве Roodewal FAR76 (провинция Лимпопо). ) в рамках Технологической выставки Университета Севера (ныне Университет Лимпопо). В 2011/12 г. Кейптаунский университет (UCT) начал свой первый конкурс CanSat совместно с Южноафриканской астрономической обсерваторией. С 2013 года ряд южноафриканских университетов начали оценивать и включать проекты CanSat в свои учебные программы. Ожидается, что Национальное космическое агентство Южной Африки будет играть ведущую роль в будущем продвижении соревнований CanSat в Южной Африке.

Иракский Курдистан

Программа CanSat в Курдистане, известная как Компьютерная ракетная ассоциация Иракского Курдистана (ныне несуществующая), была первоначально основана в 1992 году Фалахом Мустафой Бакиром. Правительство Курдистана, в это время разрабатывающее свою программу по ракетам малой дальности, создало Ассоциацию, чтобы побудить молодых студентов присоединиться к области военных технологий. Программа имела успех, и к началу 2000 года финансирование почти утроилось. В последние годы правления Хусейна с 2000 по 2003 год Ассоциация получала гораздо более ограниченное финансирование из-за, по словам секретаря Хусейна, так называемой "подрывной деятельности в России". Ассоциация ракетной техники для отвлечения средств врагу ». Оправдание было необоснованным, и Ассоциация просуществовала только до вторжения в Ирак в 2003 году.

В 2003 году во время вторжения коалиции США в Ирак финансирование Ассоциации было полностью прекращено из-за серьезной нагрузки на правительство во время войны. Ассоциация была распущена после того, как вторжение закончилось в конце 2003 года, но американские военные увидели потенциал ракетной программы в Соединенных Штатах. Вскоре после этого финансирование ракетной ассоциации, ориентированной на учащихся, позволило 26 американским школам реализовать эту программу. С тех пор несколько стран приняли студенческие ракетные программы и расширили финансирование технологических ассоциаций STEM, смоделированных после успеха первоначальной компьютерной ракетной ассоциации Иракского Курдистана. [Источник?]

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки