CubeSat İvmeölçer Eğitimi: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Bir küpsat, 10x10x10 cm küp birimlerin katlarından ve birim başına 1,33 kilogramdan fazla olmayan bir kütleden oluşan, uzay araştırmaları için bir tür minyatür uydudur. Cubesats, çok sayıda uydunun uzaya gönderilmesini sağlar ve dünyanın neresinde olursa olsun sahibinin makine üzerinde tam kontrol sahibi olmasını sağlar. Cubesats ayrıca mevcut diğer prototiplerden daha uygun fiyatlıdır. Nihayetinde, küp uydular uzaya dalmayı kolaylaştırır ve gezegenimizin ve evrenimizin nasıl göründüğüne dair bilgiyi yayar.

Arduino, elektronik projeleri oluşturmak için kullanılan bir platform veya bir tür bilgisayardır. Arduino, hem programlanabilir bir devre kartından hem de bilgisayarınızda çalışan ve bilgisayar kodunu karta yazmak ve yüklemek için kullanılan bir yazılım parçasından oluşur.

Bu proje için, ekibimizin Mars'ın yapısının herhangi bir yönünü tespit etmek istediğimiz herhangi bir sensörü seçmesine izin verildi. Bir ivmeölçer veya ivme kuvvetlerini ölçmek için kullanılan elektromekanik bir cihaz kullanmaya karar verdik.

Tüm bu cihazların birlikte çalışmasını sağlamak için, ivmeölçeri Arduino'nun devre tahtasına takmamız ve her ikisini de küpün içine takmamız ve bir uçuş simülasyonuna ve bir sallama testine dayandığından emin olmamız gerekiyordu. Bu talimat, bunu nasıl başardığımızı ve Arduino'dan topladığımız verileri kapsayacaktır.

Adım 1: Hedefleri Belirleyin(Alex)

Bu projedeki temel amacımız, Mars'taki yerçekiminden kaynaklanan ivmeyi ölçmek için bir CubeSat içine yerleştirilmiş bir ivmeölçer (bunun ne olduğunu daha sonra açıklayacağız merak etmeyin) kullanmaktı. Bir CubeSat inşa edecek ve dayanıklılığını çeşitli şekillerde test edecektik. Hedef belirleme ve planlamanın en zor kısmı Arduino'yu ve ivmeölçeri CubeSat'ın içine güvenli bir şekilde nasıl yerleştireceğimizi anlamaktı. Bunu yapmak için iyi bir CubeSat tasarımı bulmamız, 10x10x10cm olduğundan ve 1,3 kilogramdan daha hafif olduğundan emin olmamız gerekiyordu.

Legoların aslında dayanıklı olduğunu ve aynı zamanda inşa edilmesinin kolay olduğunu belirledik. Legolar, herhangi bir yapı malzemesine para harcamak yerine, birinin zaten sahip olabileceği bir şeydi. Neyse ki, bir sonraki adımda göreceğiniz gibi, bir tasarımın ortaya çıkma süreci çok uzun sürmedi.

Adım 2: Cubesat'ı Tasarlayın

Bu özel küpsat için, yapım kolaylığı, tutturma ve dayanıklılık için legolar kullandık. Küp, 10x10x10 cm olmalı ve U başına 1,33 kg'dan (3 lbs) daha hafif olmalıdır. Legolar, küpün zemini ve kapağı için iki Lego tabanı kullanırken tam 10x10x10 cm'ye sahip olmayı kolaylaştırır. Onları tam olarak istediğiniz gibi elde etmek için Lego üslerini kesmeniz gerekebilir. Cubesat'ın içinde, arduino, devre tahtası, pil ve SD kart tutucunuzun tümü istediğiniz yapıştırıcıyı kullanarak duvarlara yapıştırılmış olacak. İçeride hiçbir parçanın gevşememesi için koli bandı kullandık. Küpleri yörüngeye takmak için ip, lastik bantlar ve bir fermuar kullandık. Lastik bantlar, bir hediyenin etrafına kurdele sarılmış gibi, küpün etrafına sarılmalıdır. İp daha sonra kapaktaki lastik bandın ortasına bağlanır. Daha sonra ip, daha sonra yörüngeye bağlanan bir fermuarlı bağdan geçirilir.

Adım 3: Arduino'yu Oluşturun

Bu CubeSat için amacımız, daha önce de söylediğimiz gibi, bir ivmeölçer ile Mars'ta yerçekiminden kaynaklanan ivmeyi belirlemekti. İvmeölçerler, bağlı oldukları bir nesnenin ivmesini ölçmek için kullanılan entegre devreler veya modüllerdir. Bu projede kodlama ve kablolamanın temellerini öğrendim. Hızlanma kuvvetlerini ölçecek elektromekanik bir cihaz olarak kullanılan bir mpu 6050 kullandım. Dinamik hızlanma miktarını algılayarak cihazın X, Y ve Z ekseninde nasıl hareket ettiğini analiz edebilirsiniz. Başka bir deyişle, yukarı ve aşağı mı yoksa bir yandan diğer yana mı hareket ettiğini anlayabilirsiniz; bir ivmeölçer ve bazı kodlar, bu bilgiyi belirlemek için size verileri kolayca verebilir. Sensör ne kadar hassas olursa, veriler o kadar doğru ve ayrıntılı olacaktır. Bu, hızlanmadaki belirli bir değişiklik için sinyalde daha büyük bir değişiklik olacağı anlamına gelir.

İvmeölçere zaten bağlı olan arduino'yu, uçuş testi sırasında alınan verileri depolayacak olan SD kart tutucusuna bağlamak zorunda kaldım, böylece daha sonra bir bilgisayara yükleyebilirdik. Bu şekilde, küp uydunun havada nerede olduğunu görmek için X, Y ve Z ekseninin ölçümlerini görebiliriz. Arduino'yu ivmeölçer ve devre tahtasına nasıl bağlayacağınızı ekteki resimlerde görebilirsiniz.

Adım 4: Uçma ve Titreşim Testleri(Alex)

Küp oturma dayanıklılığını sağlamak için, uzayda geçirileceği ortamı simüle edecek bir dizi testten geçirmemiz gerekiyordu. Küpü oturttuğumuz ilk test, uçma testi olarak adlandırıldı.. Arduino'yu yörünge adı verilen bir cihaza bağlamamız ve kızıl gezegen etrafındaki uçuş yolunu simüle etmemiz gerekiyordu. Küp yuvasını takmak için birden fazla yöntem denedik, ancak sonunda küp yuvasının etrafına sarılmış bir çift lastik bant üzerine yerleşmeyi başardık. Daha sonra lastik bantlara bir ip bağlandı.

Uçuş testi hemen başarılı olmadı, ilk denememizde olduğu gibi, kasetin bir kısmı çıkmaya başladı. Daha sonra tasarımları önceki paragrafta bahsedilen lastik bant seçeneğine çevirdik. İkinci denememizde ise yavruyu herhangi bir sorun yaşamadan 30 saniye boyunca istenilen hızda uçurtmayı başardık.

Bir sonraki test, bir gezegenin atmosferi boyunca seyahat eden küpü gevşek bir şekilde simüle edecek olan titreşim testiydi. Küpü titreşim masasına oturtup gücü belli bir dereceye kadar açmamız gerekiyordu. Küp daha sonra bu güç seviyesinde en az 30 saniye boyunca inceliğini korumak zorundaydı. Neyse ki bizim için ilk denememizde testin tüm yönlerini geçmeyi başardık. Şimdi geriye kalan tek şey, son veri toplama ve testlerdi.

Adım 5: Verileri Yorumlama

Son testi yaptıktan sonra elde ettiğimiz verilerle küpün X, Y ve Z ekseninde nereye gittiğini görebilir ve yerdeğiştirmenizi zamana bölerek ivmeyi belirleyebilirsiniz. Bu size ortalama hızı verir. Şimdi, nesne düzgün bir şekilde hızlanıyorsa, son hızı elde etmek için ortalama hızı 2 ile çarpmanız yeterlidir. İvmeyi bulmak için son hızı alır ve zamana bölersiniz.

6. Adım: Sonuç

Projemizin nihai amacı, Mars çevresindeki yerçekimi ivmesini belirlemekti. Arduino kullanılarak toplanan veriler sayesinde, Mars yörüngesindeki yerçekimi ivmesinin sabit kaldığı belirlenebilir. Ek olarak, Mars çevresinde seyahat ederken yörüngenin yönü sürekli değişiyor.

Genel olarak, ekibimizin en büyük kazanımları, kod okuma ve yazmadaki akıcılığımızdaki büyümemiz, uzay araştırmalarının en uç noktasındaki yeni bir teknolojiyi anlamamız ve bir Arduino'nun iç işleyişine ve birçok kullanımına aşina olmamızdı.

İkinci olarak, proje boyunca ekibimiz sadece yukarıda bahsedilen teknoloji ve fizik kavramlarını değil, aynı zamanda proje yönetimi becerilerini de öğrendik. Bu becerilerden bazıları, son teslim tarihlerini karşılamak, tasarım hatalarına ve öngörülemeyen sorunlara göre ayarlama yapmak ve grubumuzun hesap verebilirliğini sağlamak için günlük standup toplantıları yapmak ve sırayla herkesin hedeflerimize ulaşmasını sağlamak.

Sonuç olarak, ekibimiz her türlü test ve veri gereksinimini karşılamanın yanı sıra okulda ve grup çalışmasına yönelik herhangi bir meslekte gelecekteki çabalara taşıyabileceğimiz paha biçilmez fizik ve ekip yönetimi becerilerini öğrendi.