SpaceReeds to drużyna SpaceCoffee realizująca projekt CanSat.

Projekt SpaceReeds CanSat koncentruje się na opracowaniu miniaturowego satelity przeznaczonego do pomiaru parametrów atmosferycznych oraz stworzeniu systemu komunikacji bezprzewodowej wykorzystującego sieć satelitów powietrznych typu przekaźnikowego. Misja ma na celu zbadanie zastosowań małych przekaźników komunikacyjnych w trudno dostępnych lub odległych regionach, takich jak obszary górskie, gdzie tradycyjna infrastruktura komunikacyjna jest ograniczona. System ma wspierać działania ratownicze i badania terenowe poprzez zwiększenie możliwości komunikacyjnych i bezpieczeństwa. Nazwa zespołu, a konkretnie jej człon “Reed”, odzwierciedla strukturę sieci, inspirowaną wzajemnie połączonymi korzeniami trzcin, symbolizującymi połączone ze sobą węzły komunikacyjne systemu.

Cele misji

Głównym celem misji jest pomiar temperatury, wilgotności i ciśnienia powietrza podczas opadania. Dane te zostaną wykorzystane do scharakteryzowania warunków pogodowych i środowiskowych, stanowiąc podstawę dla misji dodatkowej.

Misja drugorzędna koncentruje się na stworzeniu bezprzewodowej sieci komunikacyjnej z wykorzystaniem węzła powietrznego typu przekaźnikowego, reprezentowanego przez CanSat. Celem jest opracowanie systemu umożliwiającego wymianę danych między stacjami naziemnymi a urządzeniami zdalnymi, symulującego sieć satelitarną, która mogłaby być wykorzystywana do komunikacji w obszarach górskich lub odizolowanych.

W trakcie trwania misji CanSat zostanie spuszczony z wysokości około 2500 metrów. Podczas opadania będzie rejestrował ciśnienie powietrza, temperaturę i wilgotność, jednocześnie przekazując dane między dwoma komputerami naziemnymi, tworząc prostą sieć komunikacyjną. Zmierzone parametry będą wyświetlane na żywo w stacji naziemnej i zapisywane lokalnie na karcie microSD w celu dalszej analizy.

Projekt mechaniczny i konstrukcji

CanSat składa się z dwóch głównych części: rdzenia i obudowy ochronnej.

Obudowa, wykonana z półprzezroczystego PETG wydrukowanego w 3D, zapewnia zarówno ochronę, jak i widoczność wewnętrznych komponentów. Trzy metalowe pręty zapewniają integralność strukturalną i sztywność. Obudowa składa się z górnej i dolnej pokrywy, trzech pionowych belek nośnych zamontowanych na prętach oraz trzech ścianek bocznych, które wsuwają się na miejsce i są zabezpieczone pokrywami.

Wewnętrzny rdzeń zawiera trzy pionowo ustawione płyty montażowe dla czujników, mikrokontrolerów i innych elementów elektronicznych. Ta modułowa konstrukcja zapewnia łatwy dostęp do elementów montażowych i baterii, zachowując jednocześnie kompaktową i trwałą strukturę.

Projekt elektroniki

System elektroniki składa się z modułów wspierających zarówno główne, jak i dodatkowe cele misji. Projekt skupia się na wydajnym zarządzaniu energią, niezawodnym zbieraniu danych i stabilnej komunikacji bezprzewodowej na duże odległości. Wszystkie elementy są połączone dzięki kompaktowej i modułowej architekturze opartej na mikrokontrolerze Arduino Nano RP2040 Connect, który zarządza danymi z czujników, przetwarzaniem danych i komunikacją.

Urządzenia misji głównej (rejestrowanie podstawowych parametrów atmosferycznych):

Czujnik BMP280: mierzy ciśnienie powietrza (300–1100 hPa) i temperaturę (od -40°C do +50°C, dokładność ±0,5°C).

Moduł LoRa SX1278: przesyła zmierzone dane z CanSatu do stacji naziemnej z częstotliwością 433 MHz, zapewniając stabilną komunikację na duże odległości.

Czytnik kart microSD Waveshare: przechowuje dane z czujników lokalnie na karcie microSD, umożliwiając pełne odzyskiwanie danych i tworzenie kopii zapasowych po lądowaniu.

Urządzenia te stanowią rdzeń systemu monitorowania środowiska CanSatu, dostarczając wysokiej jakości dane zarówno do analizy naukowej, jak i testów komunikacyjnych.

Urządzenia misji dodatkowej (bezprzewodowa komunikacja sieciowa i śledzenie pozycji):

Moduł LoRa SX1278 (druga jednostka): Działa jako przekaźnik, łącząc dwie lub więcej stacji naziemnych za pośrednictwem CanSat w celu ustanowienia łącza komunikacyjnego.

Moduł GPS GY-NEO6MV2: Określa położenie geograficzne CanSat, dostarczając współrzędne do śledzenia na żywo i operacji odzyskiwania.

Wbudowany akcelerometr (Arduino): mierzy przyspieszenie i orientację kątową w celu oszacowania ruchu pionowego i zmian wysokości podczas opadania.

Czujnik DHT22: mierzy wilgotność powietrza, dodając kolejny parametr środowiskowy w celu poprawy jakości danych.

Wszystkie te komponenty razem sprawiają, że CanSat może służyć nie tylko jako sonda do gromadzenia danych, ale także jako funkcjonalny satelita komunikacyjny w miniaturowej sieci naziemnej.

Zasilanie

Podsystem zasilania oparty jest na dwóch ogniwach litowo-jonowych 18650, każde o pojemności 3350 mAh, zapewniających szacowany czas pracy wynoszący około sześciu godzin. Konfiguracja dostarcza wystarczający prąd dla czujników, pamięci danych i modułów LoRa, zachowując jednocześnie wysoką wydajność. Głównym wyzwaniem związanym z projektowaniem zasilania jest zapewnienie stabilnego napięcia dla ciągłej komunikacji radiowej na dużych odległościach, bez nadmiernego zużycia energii. Efektywność energetyczna jest zatem ważnym czynnikiem zarówno w przypadku implementacji sprzętu, jak i oprogramowania.

System komunikacji

Komunikacja między mini-satelitą a infrastrukturą naziemną odbywa się w paśmie częstotliwości 433 MHz przy użyciu technologii LoRaWAN, która obsługuje wymianę danych na duże odległości przy niskim poborze mocy. System umożliwia komunikację dwukierunkową, pozwalając CanSat na przesyłanie danych pomiarowych, a jednocześnie przekazywanie wiadomości między wieloma stacjami naziemnymi. Taka konfiguracja symuluje sieć połączonych ze sobą węzłów, demonstrując wykonalność wykorzystania satelitarnych przekaźników komunikacyjnych w odległych i niedostępnych regionach.

System odzyskiwania

System odzyskiwania obejmuje okrągły spadochron nylonowy, który otwiera się natychmiast po uwolnieniu z rakiety, zapewniając kontrolowane opadanie. Moduł GPS i antena pomagają w śledzeniu i lokalizowaniu CanSatu podczas i po jego opadnięciu, zwiększając skuteczność odzyskiwania.

Stacja naziemna

Podczas testów planowane jest rozmieszczenie wielu stacji naziemnych. Każda z nich będzie wyposażona w mikrokontroler Arduino i moduł LoRa, tworząc węzły sieci komunikacyjnej, które będą współpracować z przekaźnikiem CanSat w czasie rzeczywistym.

Oprogramowanie

Kod źródłowy oprogramowania wykorzystywanego w projekcie jest otwarty i można go znaleźć w następujących repozytoriach:

• stacja naziemna z odbiornikiem i pokładowe oprogramowanie sondy
• wizualizator i panel kontrolny misji

Promocja

Projekt na celu ma dotarcie do szerokiego grona odbiorców za pośrednictwem mediów społecznościowych. Głównym kanałem komunikacji jest TikTok, na który zespół SpaceReeds serdecznie zaprasza wszytskch fanów astronomii i memów.

Ich Tiktok: SpaceReeds

Dodatkowe informacje, w tym raporty z postępów i artykuły, są publikowane na Instagramie oraz Aktualnościach SpaceCoffee, promując konkurs CanSat i inspirując młodych ludzi do zgłębiania dziedzin STEM.

Ich Instagram: SpaceReeds