Cel misji i funkcje mini-sondy

Jako główny cel naszej misji CanSat wybraliśmy testowanie i mierzenie warunków panujących na obcych planetach, ze względu na nasze zainteresowanie astronomią i eksploracją kosmiczną w kierunku rozszerzania zasięgów ludzkich na inne planety i tworzeniem na nich ośrodków badawczych.

Obejmuje to upewnienie się, że dana planeta jest bezpieczna do lądowania — zmierzymy elementy jej warunków życia, takie jak temperatura, ciśnienie, pole elektromagnetyczne i wilgotność. Aby upewnić się, że nie tylko urządzeniom nic nie zagraża, ale także ludziom, będziemy mierzyć bardziej szczegółowe parametry, takie jak promieniowanie gamma, promieniowanie UV, a także natężenie światła, to ostatnie głównie w celu przewidywania wydajności paneli słonecznych. Dodatkowo upewnimy się, że nasz CanSat przetrwa upadek z określonej w wyzwaniu wysokości, na cel czrgo zainstalujemy akcelerometr, GPS i żyroskop.

Wszystkie zebrane dane o mierzonych parametrach powinny być zapisywane na zewnętrznym dysku pamięci, w tym przypadku karcie microSD, oraz przesyłane na bieżąco podczas spadania do stacji naziemnej za pomocą transmisji radiowej.

Design mini-sondy

Przegląd

Sonda zostanie zrzucona z rakiety wystrzelonej na wysokość około 2000 metrów, a jej prędkość opadania nie przekroczy 8 metrów na sekundę. Podczas opadania i po wylądowaniu nasza sonda będzie stale mierzyć wszystkie parametry wymienione powyżej.

Konstrukcja mechaniczna

Wszystkie moduły i systemy, z których składać się będzie sonda, to:

• Moduł czujników: taki jak termometr (DHT11), wilgotnościomierz (DHT11), barometr (IMU 10DoF), magnetometr (IMU 10DoF), GPS (MTK3339), licznik Geigera (GC-1602-NANO) i spektrofotometr (AS7265x). Aby określić, czy obca planeta jest bezpiecznym obszarem do stworzenia kolonii, zmierzone zostanie promieniowanie gamma, promieniowanie UV i pole elektromagnetyczne. Dodatkowo zostanie sprawdzone natężenie światła, aby wskazać, czy panele słoneczne przyszłej kolonii będą skuteczne. Każdy inny pomiar misji dodatkowej zostanie wykorzystany do określenia aktualnej pozycji i statusu naszej sondy, zgodnie z planowanym przebiegiem misji.
• Obudowa: wydrukowana w 3D przy użyciu filamentu typu PETG, o wadze nieco ponad 300 g. Otwierana część obudowy będzie prawdopodobnie umieszczona na spodzie CanSata, aby zapewnić łatwy dostęp do baterii i sprzętu. Aby spektrofotometr działał, wykonamy okrągły otwór z jednej strony obudowy satelity. Na jego powierzchni zewnętrznej zainstalujemy również lampki kontrolne LED i włącznik/wyłącznik. Większość modułów naszego satelity zamontujemy pionowo, najcięższe elementy, takie jak bateria, na spodzie obudowy.
• Główny kontroler: Arduino Nano RP2040 działa jako główny kontroler i płyta główna naszego satelity. Zawiera on mikrokontroler Raspberry Pi RP2040. Każdy moduł używany w misji podstawowej i dodatkowej będzie do niego podłączony, a kontroler będzie odpowiedzialny za transmisję danych między mini-satelitą a stacją naziemną, również za pośrednictwem modułu radiowego.
• Moduł zapisu danych: czytnik kart microSD zostanie zainstalowany na zewnętrznej powierzchni obudowy.
• System komunikacji (moduł radiowy): jednokierunkowy (tylko z naszego CanSata do stacji naziemnej), o częstotliwości radiowej 433 MHz. Użyjemy modułu LoRa-02 jako nadajnika-odbiornika, ze zwykłą anteną miedzianą 33×4,9 mm w satelicie i anteną COMA ATK-10 podłączoną do stacji naziemnej.
• Moduł zasilania: zasilanie przebiegnie dzięki akumulatorowi litowo-jonowemu o pojemności 3350 mAh. Według odczytów zużycia energii podczas pracy każdego modułu, nasz satelita CanSat powinien działać przez około 7,5 godziny, przy średnim zużyciu — około 10 godzin.
• System odzyskiwania z modułem GPS: spadochron jest częścią główną systemu odzyskiwania naszego CanSata. Głównym celem jego wykorzystania jest spowolnienie opadania CanSata do 8 m/s. Spadochron będzie miał kształt kopuły i będzie wykonany z nylonu, z użyciem jaskrawoczerwonych materiałów, w celu późniejszej lokalizacji sondy CanSat w miejscu lądowania na ziemi. W procesie lokalizacji potrzebny jest GPS, z ktrego sygnał będzie wysyłany w sposób ciągły do momentu odnalezienia i wyłączenia satelity.

Projekt oprogramowania

Zadaniem oprogramowania dla naszej mini-sondy będzie obliczanie odpowiednich wartości przy użyciu danych pomiarowych uzyskanych z głównego i dodatkowego modułu misji i wysyłanie ich do stacji naziemnej. Powinno ono zarządzać systemem komunikacyjnym tak, aby priorytetowo wysyłać najważniejsze informacje, takie jak lokalizacja i prędkość. Drugą istotną funkcją programu sterującego satelitą będzie zapisywanie mierzonych danych bezpośrednio na dysku zewnętrznym podczas procesu pomiarowego. Większość zebranych danych zostanie przesłana w systemie bieżącym do stacji naziemnej, ale aby nic z nich nie zostało utracone, kopia każdego wyniku pomiaru będzie przechowywana.

Opisane oprogramowanie zostanie napisane w Arduino C, w środowisku programistycznym Arduino IDE.

Stacja kontroli naziemnej

Nasza stacja naziemna będzie składać się z jednego komputera podłączonego do modułu zarządzania radiowego, który przechwytywać ma dane odbierane z mini-satelity. Oprogramowanie stacji naziemnej wyświetli każdy otrzymany wynik pomiaru w aplikacji w postaci odpowiadających wykresów. Nasz model CanSat 3D wskaże wszystkie informacje o pozycji satelity i jego statusie. W ten sam sposób dane będą wyświetlane w ogólnodostępnej aplikacji mobilnej. Dane wykorzystywane przez aplikację mobilną będą dostarczane za pośrednictwem internetowego serwera FTP przez komputer stacji naziemnej. Oprogramowanie stacji naziemnej zostanie napisane głównie w języku programowania C#, z wyjątkiem modułu zarządzania radiem napisanego w Arduino C.

Galeria: design i rendery

TBA