Techninės specifikacijos
Esu inžinierius ir programuotojas. CanSat konstrukcija ir elektronika yra mano specialybė. Nuo nulio sumodeliavau, sukonstravau ir suprogramavau CanSat'ą, žemės stoties programinę įrangą ir 3D lokalizatorių. Taip pat esu atsakingas už šios svetainės kūrimą bei tobulinimą.
Esu inžinierius, atsakingas už CanSat parašiuto dizainą, jo gamybą bei testavimus. Projekto metu kūriau, gaminau ir testavau įvairių tipų parašiutus. Sukūriau sistemą, kurią naudojame CanSat mėtyti iš drono. Taip pat dalyvavau CanSat pirminiuose bei vėlesniuose bandymuose.
Aš esu viena iš komunikacijos koordinatorių: atsakinga už informacinę sklaidą įvairiuose interneto ir socialinių tinklų puslapiuose. Prisidėjau kuriant komunikacinę medžiagą socialiniuose tinkluose. Dalyvaudama „CanSat Lietuva“ renginiuose rinkau vaizdinę medžiagą. Tuo pačiu rašiau ir siunčiau laiškus galimiems rėmėjams.
Esu atsakinga už komunikaciją ir informacijos sklaidą: socialinių tinklų tvarkymą, komandos pavadinimo, plakato kūrimą. Daug laiko praleidau ieškodama rėmėjų.
Tai pirmasis projektas prie kurio dirbo mūsų komanda. Dalis komandos darbo patirties gavo iš Lietuvos moksleivių robotikos rinktinės Lituanica X, todėl buvo nesunku pradėti modeliuoti, konstruoti ir programuoti mažąjį palydovą. Išsikelti tikslai milžiniški. Vos per tris mėnesius buvome užsibrėžę tikslą turėti ne tik pažangiausią palydovą, tačiau ir antžeminę stotį. Mūsų manymu, tikslas įgyvendintas, bet deja, dėl varžybų organizatorių klaidos, finalo metu, raketa nešėja neiššovė mūsų komandos palydovo ir kaip kulka nukrito atgal į žemę. Iš CanSat nieko neliko, tačiau džiaugiamės, kad visi liko sveiki. Nepaisant didelės nesekmės liko begalinė motyvacija kurti ir stengtis toliau. Apie 2024 metų kelionę skaitykite žemiau, o 2025 metų projektą paskelbsime jau netrukus!
Prieš pradedant konstruoti CanSat'ą, reikia jį sumodeliuoti naudojant CAD (Computer Aided Design) programas. Mūsų mėgstamiausia – SolidWorks. Nors šis įrankis nėra skirtas pradedantiesiams, robotikoje įgyta darbo su SolidWorks patirtis leido greitai ir lengvai sumodeliuoti sudėtingas detales CanSat'ui. SolidWorks yra galingas įrankis, naudojamas daugelyje profesionalių kompanijų.
Sumodeliavus CanSat'ą reikia jį pagaminti. Lengviausias būdas – jį atspausdinti 3D spausdintuvu. Mūsų komanda spausdina detales palydovui iš PET-G plastiko, nes jis geriau atlaiko staigias apkrovas ir nereikalauja žymiai aukštesnių temperatūrų spausdinimui nei paprastas PLA. Kiekviena palydovo versija yra spausdinama iš skirtingos spalvos plastiko. Tokiu būdu galime greitai atskirti pakeistas detales. Naujausioji, 3-ioji, versija – balta.
Inžinerijos srityje objekto iš kelių dalių surinkimo paprastumas yra dažnai neįvertinamas. Dėl šios priežasties, integruodami subsistemas į bendrą konstrukciją, atidžiai stebėjome, ar detales bus lengva įdėti ir išimti. Tai palengvino mūsų pasirinktas modulinis dizainas. Visas CanSat sudarytas iš 5 modulių:
Parašiutą tobuliname nuo pačios pirmosios varžybų dienos, nes geras parašiuto dizainas reikalauja daug laiko ir pastangų. Praleidome ilgą laiką kol apskaičiavome tikslų, reikalingą parašiuto plotą (apytiksliai 0,28 m^2) tam, kad pasiektume tikslinį 6 m/s greitį, o apytikslis skrydžio laikas būtų apie 180 sekundžių. Norėdami valdyti CanSat’o nusileidimo trajektoriją, pasirinkome parasparnio tipo parašiuto formą. Nuotraukoje matyti vienas pirmųjų parašiuto prototipų(apvalus), tačiau per porą mėnesių pagaminome apie 20 skirtingų parašiuto versijų.
CanSat‘ širdis ir protas – mikrokontroleris. Renkantis šį komponentą, turėjome įvertinti vos du kriterijus – dydį ir galią. Galiausiai pasirinkome Arduino Nano ESP32. Standartizuoto Arduino Nano dydžio ir ESP32 galios mikrokontroleris išpildė visus mūsų lūkesčius. ESP32-S3 lustas lengvai apdoroja sensorių duomenis ir persiunčia į žemės stotį.
CanSat'e naudojama elektronika:
Čia prasideda įdomūs dalykai. Aktyvų valdymą realizuojame manipuliuodami parašiutu. Tampydami jo lynus keičiame parašiuto atsaką į vėjo kryptį. Pirmasis prototipas buvo kontroliuojamas žmogaus su valdymo pultu. Greitai supratome, kad kilometro aukštyje toks metodas nepasiteisins, nes tokiame aukštyje palydovo paprasčiausiai nematysime. Todėl sukūrėme pilnai autonomišką programą, kuri veikia atskirai nuo pagrindinio kodo ir, naudodama informaciją apie esamą aukštį ir naujausias GPS koordinates bei IMU duomenis, apskaičiuoja azimutą iki norimo taško, padaro kelis skaičiavimus ir pakreipia CanSat'ą reikiama kryptimi. Nesvarbu, kokio tipo parašiutą naudosime – valdymo sistema veiks! Taip yra dėl dviejų servo motorų, kurie parašiuto lynus gali tempti ne tik iš šonų, bet ir iš priekio bei galo. Tereikia žemės stotyje pasirinkti parašiuto tipą. Dabar CanSat‘as paruoštas skrydžiui. Verta paminėti, kad, vadovaudamiesi konkurso taisyklėmis, negalėjome naudoti didesnio parašiuto, kuris smarkiai pagerintų valdymo kokybę. Nepaisant to, pasiekėme stulbinamų rezultatų.
Programuotojas Rokas nuo nulio suprogramavo unikalią žemės stoties programinę įrangą, kuri:
Komunikacijos tarp CanSat‘o ir žemės stoties stabilumas yra labai svarbus. CanSat‘e esančios antenos duomenų perdavimo signalai sklinda į šonus. Šiems signalams pagauti naudojame 16 dBi panelinę kryptinę anteną.
To dar niekas nematė! Šį unikalų lokalizatorių suprogramuoti tikrai nebuvo lengva, bet tai, be abejo, buvo verta. Modernus dizainas slepia komplikuotus algoritmus. Ši programa paleidžia TCP serverį("host"), prie kurio prisijungia žemės stotis ("client"). Lokalizatorius laukia TCP paketų, kurie atrodo maždaug taip: ("# port # lat # lon # altitude # speedV # speedH # pitch # roll # yaw"). Vėliau algoritmas geografines koordinates paverčia kompiuteriui suprantama pozicija (X ir Y), ir atnaujina 3D CanSat modelio lokaciją pagrindiniame ekrane. Šoniniame ekrane atvaizduojama CanSat‘o orientacija 3D aplinkoje. Tai leidžia mums suprasti, kaip CanSat‘as nusileido ant žemės.
Į varžybų finalą atvykome pilnai pasiruošę. Savaitę iki finalo tarėmės ir strategavome, bandydami nuspėti, visas galimas situacijas ir užkirsti kelią galimoms nesekmėms. Tobulinome programinį kodą, kuris leistų palydovui pilnai persikrauti praradus elektą bet kuriuo metu. Užtikrinome ryšio signalo stabilumą ir sensorių veikimą. Ir jei tik būtume žinoję kaip viskas pasibaigs.. Organizatoriams įdėjus palydovą į raketą gavome visus duomenis stabiliai ir viskas vyko pagal planą. Raketai pasiekus aukščiausią tašką ryšio stabilumas vis dar buvo pilnai patikimas ir visus duomenis gavome. Kai raketa turėjo iššauti palydovus stebėjome, kaip kinta CanSat greitis vertikalioje ašyje. 5m/s, 10m/s, 20m/s, 50m/s, kol pasiekė 120m/s greitį. Vėliau CanSat atsijungė nuo antžeminės stoties ir duomenų nebegavome. Suvedėme paskutines gautas palydovo koordinates ir nuskubėjome į "Crash site". Komandą apėmė nervingas juokas ir vidinis liūdesys. 3 mėnesiai intensyvaus darbo, bemiegių naktų, strategavimo, testavimo ir problemų sprendimo, visiškai ne dėl mūsų kaltės, sudužo į tūkstančius detalių ir atsidūrė gerą metrą po žeme.
Balandžio 28 d.
Emuliuojama varžybinė aplinka. Pasistatėme mini Hiustoną. :)
Remove before flight!
"Remove before flight" yra saugos įspėjimas, dažnai matomas ant nuimamų orlaivių ir erdvėlaivių komponentų. Šiuo atveju, tai ir mūsų CanSat'o raktas (jungiklis).
SD kortelė
CanSat'as nuolatos įrašinėja duomenis į SD kortelę. Net ir praradę ryšį su palydovu, kai jį surasime, duomenis vis tiek galėsime perskaityti!
CanSat konstrukcija
Norėdami suderinti lengvą prieinamumą prie elektronikos komponentų ir korpuso tvirtumą, pasirinkome modulinį dizainą. Daugiau apie tai skaitykite skiltyje „Apie projektą".
Sensoriai, sensoriai, sensoriai..
CanSat'ą sudaro net 13 elektronikos komponentų. Tai sensoriai, mikrokontroleris, radijo modulis, varikliai ir kiti el. komponentai.
Nuolatiniai testavimai
Nuolatos testuojame CanSat'ą. Kas porą dienų išvykstame už Vilniaus. Su dronu pakeliame CanSat'ą į poros šimtų metrų aukštį. Bandymai trunka 3-4 val.
Valdymo bandymai
Norėdami suprasti, kaip CanSat elgsis kilometro aukštyje, turime žinoti, kaip jis elgiasi ant žemės. Dėl to 3D atsispausdinome bandymų modulį. Jį uždedame ant CanSat'o ir pritvirtintos spyruoklės simuliuoja parašiuto apkrovą. Plačiau skaitykite skyriuje: „Apie projektą".
Pirmasis bandymas
Nostalgija.
Balandžio 9 d.
Žemės stotis versija '-1'
GPS testavimai
Mūsų misijai pasiekti yra būtinas tikslus GPS. Dėl to daug eksperimentavome su jo konfigūracijomis. Sumažinę NMEA žinučių kiekį, siunčiamą iš CanSat'o į žemės stotį, pagreitinome jo veikimą 3 kartus, beveik neprarasdami pozicijos nustatymo tikslumo.
Saugumas – svarbiausia!
Šalmai saugo testuotojus.
CanSat spalvos
Trys skirtingos palydovo versijos ženklinamos skirtingomis spalvomis: žalia, mėlyna ir balta. Kodėl? Skaitykite projekto aprašymą ir sužinokite daugiau!
