آموزش شتاب سنج CubeSat: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

مکعب یک نوع ماهواره مینیاتوری برای تحقیقات فضایی است که از مضرب 10x10x10 سانتی متر واحد مکعب و جرم بیش از 1.33 کیلوگرم در واحد تشکیل نشده است. مکعب ها تعداد زیادی ماهواره را به فضا ارسال می کنند و به مالک اجازه می دهد کنترل کامل دستگاه را بدون توجه به جایی که روی زمین هستند ، انجام دهند. مکعب های کابینی نیز مقرون به صرفه تر از نمونه های اولیه دیگر هستند. در نهایت ، مکعب ها غوطه ور شدن در فضا را تسهیل می کنند و اطلاعاتی درباره ظاهر سیاره و جهان ما به اشتراک می گذارند.

آردوینو یک پلتفرم یا رایانه ای است که برای ساخت پروژه های الکترونیکی استفاده می شود. آردوینو شامل یک برد مدار قابل برنامه ریزی و یک نرم افزار است که بر روی رایانه شما اجرا می شود و برای نوشتن و بارگذاری کد رایانه روی برد استفاده می شود.

برای این پروژه ، تیم ما مجاز به انتخاب هر سنسوری بود که ما می خواستیم جنبه خاصی از ترکیب مریخ را تشخیص دهیم. ما تصمیم گرفتیم با شتاب سنج یا دستگاه الکترومکانیکی که برای اندازه گیری نیروهای شتاب استفاده می شود برویم.

برای اینکه همه این دستگاه ها با هم کار کنند ، باید شتاب سنج را به تخته نرد آردوینو وصل می کردیم ، و هر دو را به قسمت داخلی مکعب متصل می کردیم و مطمئن می شدیم که در برابر شبیه سازی پرواز و آزمایش لرزش مقاوم است. این دستورالعمل نحوه انجام این کار و داده های جمع آوری شده از آردوینو را پوشش می دهد.

مرحله 1: ایجاد اهداف (الکس)

هدف اصلی ما برای این پروژه ، استفاده از شتاب سنج (نگران نباشید توضیح خواهیم داد که بعداً چیست) در CubeSat ، برای اندازه گیری شتاب ناشی از گرانش در مریخ بود. ما باید یک CubeSat بسازیم و دوام آن را به روش های مختلف آزمایش کنیم. سخت ترین قسمت تعیین و برنامه ریزی هدف ، درک نحوه نگه داشتن Arduino و شتاب سنج در CubeSat ، به روشی ایمن بود. برای انجام این کار ، ما باید یک طرح خوب CubeSat ارائه دهیم ، مطمئن شویم که ابعاد آن 10x10x10cm بوده و وزن آن کمتر از 1.3 کیلوگرم است.

ما تشخیص دادیم که Legos در واقع دوام زیادی دارد و ساخت آن نیز آسان است. لگوها همچنین چیزی بودند که کسی می توانست داشته باشد ، به جای اینکه ما برای مصالح ساختمانی هزینه کنیم. خوشبختانه روند ارائه طرح خیلی طول نکشید ، همانطور که در مرحله بعد خواهید دید.

مرحله 2: طراحی Cubesat

برای این مکعب خاص ، از لگوها برای سهولت ساخت ، چسبندگی و دوام آنها استفاده کردیم. اندازه مکعب باید 10x10x10 سانتی متر و وزن آن کمتر از 1.33 کیلوگرم (3 پوند) در هر U. The Legos داشتن 10x10x10 سانتی متر دقیق را آسان می کند در حالی که از دو پایه لگو برای کف و درب مکعب استفاده می کنید. ممکن است مجبور شوید پایه های لگو را پایین بیاورید تا دقیقاً همانطور که می خواهید آنها را بدست آورید. در داخل مکعب ، آردوینو ، تخته نان ، باتری و نگهدارنده کارت SD خود را با استفاده از هر چسبی که دوست دارید به دیوارها وصل کنید. ما از نوار چسب استفاده کردیم تا مطمئن شویم هیچ قطعه ای در داخل شل نمی شود. برای اتصال مکعب به مدار ، از نخ ، نوارهای لاستیکی و کراوات زیپی استفاده کردیم. نوارهای لاستیکی باید به دور مکعب پیچیده شوند ، گویی روبان دور یک هدیه پیچیده شده است. سپس رشته به مرکز نوار لاستیکی روی درب بسته می شود. سپس رشته از طریق یک کراوات زیپی حلقه می شود که سپس به مدار متصل می شود.

مرحله 3: آردوینو بسازید

هدف ما از این CubeSat ، همانطور که قبلاً گفته شد ، تعیین شتاب ناشی از گرانش در مریخ با شتاب سنج بود. شتاب سنجها مدارها یا ماژولهای یکپارچه ای هستند که برای اندازه گیری شتاب جسمی که به آن متصل شده اند مورد استفاده قرار می گیرند. در این پروژه اصول کدنویسی و سیم کشی را آموختم. من از mpu 6050 استفاده کردم که به عنوان یک دستگاه الکترومکانیکی برای اندازه گیری نیروهای شتاب استفاده می شود. با حس کردن میزان شتاب پویا ، می توانید نحوه حرکت دستگاه در محور X ، Y و Z را تجزیه و تحلیل کنید. به عبارت دیگر ، می توانید تشخیص دهید که آیا به سمت بالا یا پایین حرکت می کند یا به سمتی دیگر حرکت می کند ؛ شتاب سنج و برخی از کد ها می توانند به راحتی داده ها را برای تعیین این اطلاعات در اختیار شما قرار دهند. هرچه سنسور حساس تر باشد ، داده ها دقیق تر و دقیق تر خواهند بود. این بدان معناست که برای تغییر معینی در شتاب ، تغییر بزرگتری در سیگنال ایجاد می شود.

مجبور شدم آردوینو را که قبلاً با شتاب سنج وصل شده بود ، به دارنده کارت SD وصل کنم تا داده های دریافت شده در طول پرواز را ذخیره کند تا بتوانیم آن را در رایانه بارگذاری کنیم. به این ترتیب ما می توانیم اندازه گیری های محور X ، Y و Z را مشاهده کنیم تا ببینیم مکعب در کجا قرار گرفته است. می توانید نحوه اتصال سیم آردوینو به شتاب سنج و تخته نان را در تصاویر مشاهده کنید.

مرحله 4: آزمایش های پرواز و ارتعاش (الکس)

به منظور اطمینان از دوام نشستن مکعب ، ما مجبور بودیم یک سری آزمایشات را انجام دهیم ، که محیطی را که در فضا قرار می گیرد شبیه سازی می کند. اولین آزمایشی که باید مکعب را در آن قرار دهیم آزمایش پرواز بود به ما مجبور شدیم آردوینو را به وسیله ای به نام مدارگرد متصل کنیم و مسیر پرواز آن را در اطراف سیاره سرخ شبیه سازی کنیم. ما روشهای مختلفی را برای اتصال مکعب نشیمن امتحان کردیم ، اما سرانجام توانستیم بر روی یک نوار لاستیکی دو نفره که دور میز مکعبی پیچیده شده بود ، مستقر شویم. سپس یک رشته به نوارهای لاستیکی وصل شد.

آزمایش پرواز فوراً موفقیت آمیز نبود ، زیرا در اولین تلاش ما قسمتی از نوار شروع به جدا شدن کرد. سپس طرح ها را به گزینه نوار لاستیکی که در پاراگراف قبلی ذکر شد تغییر داد. اگرچه در تلاش دوم ما ، توانستیم توله را با سرعت مورد نیاز ، به مدت 30 ثانیه ، بدون هیچ گونه مشکلی به پرواز درآوریم.

آزمایش بعدی آزمایش ارتعاش بود که می تواند مکعب را در حال حرکت در جو سیاره شبیه سازی کند. ما مجبور شدیم مکعب را روی میز لرزش قرار دهیم و قدرت را تا حدی افزایش دهیم. سپس مکعب باید در این سطح قدرت حداقل 30 ثانیه در حالت درایت بماند. خوشبختانه ما در اولین تلاش خود توانستیم تمام جنبه های آزمون را پشت سر بگذاریم. اکنون تنها چیزی که باقی مانده جمع آوری و آزمایش نهایی داده ها بود.

مرحله 5: تفسیر داده ها

با داده هایی که پس از انجام آزمایش نهایی به دست آوردیم ، می توانید مکعب را در محور X ، Y و Z ببینید و با تقسیم جابجایی خود بر زمان ، شتاب را تعیین کنید. این به شما سرعت متوسط را می دهد. در حال حاضر ، تا زمانی که جسم به طور یکنواخت شتاب می گیرد ، شما فقط باید سرعت متوسط را در 2 ضرب کنید تا سرعت نهایی را بدست آورید. برای یافتن شتاب ، سرعت نهایی را گرفته و آن را بر زمان تقسیم می کنید.

مرحله 6: نتیجه گیری

هدف نهایی پروژه ما تعیین شتاب گرانش در اطراف مریخ بود. از طریق داده های جمع آوری شده با استفاده از آردوینو ، می توان تعیین کرد که شتاب گرانشی هنگام گردش به دور مریخ ثابت می ماند. علاوه بر این ، هنگام سفر به دور مریخ ، جهت مدار دائما در حال تغییر است.

به طور کلی ، بزرگترین راهبردهای تیم ما رشد ما در تسلط در خواندن و نوشتن کد ، درک ما از فناوری جدید در نوک اکتشافات فضایی و آشنایی ما با عملکردهای داخلی و بسیاری از کاربردهای آردوینو بود.

در مرحله دوم ، در طول پروژه ، تیم ما نه تنها مفاهیم فن آوری و فیزیک فوق را یاد گرفت ، بلکه مهارتهای مدیریت پروژه را نیز آموختیم. برخی از این مهارت ها شامل رعایت مهلت ها ، تنظیم برای نظارت های طراحی و مشکلات پیش بینی نشده ، و برگزاری جلسات استندآپ روزانه برای پاسخگویی به گروه ما و به نوبه خود ، حفظ مسیر همه افراد برای رسیدن به اهداف ما است.

در نتیجه ، تیم ما تمام آزمایشات و داده های مورد نیاز ، و همچنین آموختن مهارت های ارزشمند فیزیک و مدیریت تیم را که ما می توانیم در تلاش های آینده در مدرسه و در هر حرفه ای کار گروهی انجام دهیم ، فرا گرفت.