Tutorial del acelerómetro CubeSat: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Un cubesat es un tipo de satélite miniaturizado para la investigación espacial que se compone de múltiplos de unidades cúbicas de 10x10x10 cm y una masa de no más de 1,33 kilogramos por unidad. Los Cubesats permiten enviar una gran cantidad de satélites al espacio y permiten al propietario un control total de la máquina sin importar en qué parte de la tierra se encuentren. Los Cubesats también son más asequibles que cualquier otro prototipo actual. En última instancia, los cubesats facilitan la inmersión en el espacio y difunden el conocimiento de cómo es nuestro planeta y universo.

Un Arduino es una plataforma, o una especie de computadora, que se utiliza para construir proyectos de electrónica. Un Arduino consta de una placa de circuito programable y una pieza de software, que se ejecuta en su computadora, y se utiliza para escribir y cargar el código de la computadora en la placa.

Para este proyecto, nuestro equipo pudo elegir cualquier sensor que quisiéramos para detectar cualquier aspecto de la composición de Marte. Decidimos ir con un acelerómetro o un dispositivo electromecánico utilizado para medir las fuerzas de aceleración.

Para que todos estos dispositivos funcionen juntos, tuvimos que conectar el acelerómetro a la placa de pruebas del Arduino, y conectar ambos al interior del cubesat, y asegurarnos de que resistiera una simulación de vuelo y una prueba de vibración. Este instructivo cubrirá cómo logramos esto y los datos que recopilamos del Arduino.

Paso 1: Establecer metas (Alex)

Nuestro principal objetivo para este proyecto era utilizar un acelerómetro (no te preocupes, explicaremos de qué se trata más adelante) colocado dentro de un CubeSat, para medir la aceleración debida a la gravedad en Marte. Debíamos construir un CubeSat y probar su durabilidad de varias formas. La parte más difícil del establecimiento de objetivos y la planificación fue darse cuenta de cómo contener el Arduino y el acelerómetro dentro del CubeSat, de una manera segura. Para hacer esto, tuvimos que idear un buen diseño de CubeSat, asegurarnos de que fuera de 10x10x10cm y asegurarnos de que pesara menos de 1,3 kilogramos.

Determinamos que Legos, de hecho, resultaría duradero y también fácil de construir. Los legos también eran algo que alguien ya podría tener, en lugar de que nosotros gastemos dinero en cualquier material de construcción. Afortunadamente, el proceso de creación de un diseño no tomó mucho tiempo, como verá en el siguiente paso.

Paso 2: Diseñe Cubesat

Para este cubesat específico, usamos legos por su facilidad de construcción, fijación y durabilidad. El asiento del cubo debe ser de 10x10x10 cm y pesar menos de 1,33 kg (3 libras) por U. Los Legos facilitan tener un asiento exacto de 10x10x10 cm mientras se usan dos bases Lego para el piso y la tapa del asiento del cubo. Puede que tengas que cortar las bases de Lego para conseguirlas exactamente como las quieres. Dentro del cubesat, tendrá su arduino, placa de pruebas, batería y soporte para tarjeta SD, todos adheridos a las paredes con el adhesivo que desee. Usamos cinta adhesiva para asegurarnos de que no se soltaran piezas en el interior. Para unir el cubesat al orbitador usamos una cuerda, bandas elásticas y una brida. Las gomas elásticas deben estar envueltas alrededor del cubesat como si la cinta estuviera envuelta alrededor de un regalo. Luego, la cuerda se ata al centro de la goma elástica en la tapa. Luego, la cuerda se pasa a través de una brida que luego se engancha al orbitador.

Paso 3: construye Arduino

Nuestro objetivo para este CubeSat, como se dijo antes, era determinar la aceleración debida a la gravedad en Marte con un acelerómetro. Los acelerómetros son circuitos integrados o módulos que se utilizan para medir la aceleración de un objeto al que están conectados. En este proyecto aprendí los conceptos básicos de codificación y cableado. Usé un mpu 6050 que se usa como un dispositivo electromecánico que medirá las fuerzas de aceleración. Al detectar la cantidad de aceleración dinámica, puede analizar la forma en que el dispositivo se mueve en los ejes X, Y y Z. En otras palabras, puede saber si se mueve hacia arriba y hacia abajo o de lado a lado; un acelerómetro y algún código pueden proporcionarle fácilmente los datos para determinar esa información. Cuanto más sensible sea el sensor, más precisos y detallados serán los datos. Esto significa que para un cambio dado en la aceleración, habrá un cambio mayor en la señal.

Tuve que conectar el arduino, que ya estaba conectado al acelerómetro, al soporte de la tarjeta SD que almacenaría los datos recibidos durante la prueba de vuelo para que luego pudiéramos subirlos a una computadora. De esta manera podemos ver las medidas de los ejes X, Y y Z para ver dónde estaba el cubesat en el aire. Puede ver en las imágenes adjuntas cómo conectar el arduino al acelerómetro y al tablero.

Paso 4: Pruebas de vuelo y vibración (Alex)

Para garantizar la durabilidad del cubo sat, tuvimos que someterlo a una serie de pruebas, que simularían el entorno por el que sería sometido, en el espacio. La primera prueba que tuvimos que someter al cubo se llamó la prueba de vuelo. Tuvimos que conectar el arduino a un dispositivo llamado orbitador y simular su trayectoria de vuelo alrededor del planeta rojo. Probamos varios métodos para fijar el cubo, pero finalmente pudimos colocar una banda de goma doble que se enrollaba alrededor del cubo. Luego se unió una cuerda a las bandas de goma.

La prueba de vuelo no fue un éxito de inmediato, ya que en nuestro primer intento, parte de la cinta comenzó a desprenderse. Luego cambiamos los diseños a la opción de banda elástica mencionada en el párrafo anterior. Aunque en nuestro segundo intento, pudimos hacer que el cachorro volara a la velocidad requerida, durante 30 segundos, sin que ocurriera ningún problema.

La siguiente prueba fue la prueba de vibración, que simularía vagamente el cubo sentado viajando a través de la atmósfera de un planeta. Tuvimos que colocar el cubo sobre la mesa de vibración y aumentar la potencia hasta cierto punto. El cubo se sentó y luego tuvo que permanecer intacto durante al menos 30 segundos a este nivel de potencia. Afortunadamente para nosotros, pudimos aprobar todos los aspectos de la prueba en nuestro primer intento. Ahora todo lo que quedaba era la recopilación de datos y las pruebas finales.

Paso 5: interpretación de datos

Con los datos que obtuvimos después de hacer la prueba final, puede ver dónde viajó el cubo en los ejes X, Y y Z y determinar la aceleración dividiendo su desplazamiento por el tiempo. Esto le da la velocidad promedio. Ahora, siempre que el objeto acelere uniformemente, solo necesita multiplicar la velocidad promedio por 2 para obtener la velocidad final. Para encontrar la aceleración, toma la velocidad final y divídela por el tiempo.

Paso 6: Conclusión

El objetivo final de nuestro proyecto era determinar la aceleración de la gravedad alrededor de Marte. A través de los datos recopilados con Arduino, se puede determinar que la aceleración gravitacional mientras orbita Marte permanece constante. Además, mientras viaja alrededor de Marte, la dirección de la órbita cambia constantemente.

En general, las principales conclusiones de nuestro equipo fueron nuestro crecimiento en nuestra fluidez en la lectura y escritura de código, nuestra comprensión de una nueva tecnología a la vanguardia de la exploración espacial y nuestra familiaridad con el funcionamiento interno y muchos usos de un Arduino.

En segundo lugar, a lo largo del proyecto, nuestro equipo no solo aprendió los conceptos de tecnología y física antes mencionados, sino que también aprendió habilidades de gestión de proyectos. Algunas de estas habilidades incluyen cumplir con los plazos, ajustar por descuidos de diseño y problemas imprevistos, y realizar reuniones diarias para brindarle a nuestro grupo la responsabilidad y, a su vez, mantener a todos en el camino correcto para alcanzar nuestras metas.

En conclusión, nuestro equipo cumplió con todos los requisitos de pruebas y datos, así como también aprendió habilidades invaluables de física y gestión de equipos que podemos llevar a cabo en esfuerzos futuros en la escuela y en cualquier profesión orientada al trabajo en grupo.