CANSAT – UTeslaSAT Mise Exo-Earth

Cílem projektu je postavit a naprogramovat funkční model kosmické sondy určené k průzkumu cizí planety.  Mise kombinuje koncept UAV/ROV s multisenzorickou platformou, vše o velikosti plechovky Coca-coly. Projekt je přihlášen do soutěže Evropské kosmické agentury Cansat. Více o soutěži zde: https://esero.sciencein.cz/cansat V rámci projektu můžete spolupracovat s odborníky s JHV Engineering, UFA AV ČR

Projektový tým se pokusí simulovat možnou misi průzkumné sondy za Zemi podobnými exoplanetami. Inspirovali jsme se objevem týmu pod vedením Dr. Guillem Anglada-Escudé z Queen Mary University of London, jež objevil exoplanetu obíhající kolem hvězdy Proxima Centauri, jež se nachází nejblíže naší sluneční soustavě. V této práci vyzývá autor ke zkoumání podmínek/známek života na této exoplanetě.[1]

Základní podmínky pro výběr vhodné exoplanety jsou:

  • Přijatelná vzdálenost od Země (sluneční soustavy)
  • Oběh kolem mateřské hvězdy v tzv. obyvatelné zóně
    • relativní vzdálenost od hvězdy, na níž dopadá z hvězdy takové množství tepla, které povrch planety nepřehřívá ani nenechává příliš chladný.
  • Přítomnost atmosféry

Následně se pokusíme naměřit data, která by mohla potvrdit/vyvrátit výskyt života.

Naší sondu bychom na takovou exoplanetu dopravili pomocí konceptu Starshot, který spočívá v pohonu nano-sond pomocí světelné plachty, která využívá jako zdroj pohonu energii dopadajícího světla pozemního (GW) laseru. Tento koncept spojující lehkost plavidla a vysoký energetický potenciál světla, nabízí možnost pohybovat se zlomky rychlosti světla.[2]

V rámci naší mise jsme se s ohledem na minimalizaci rizika spojeného s vývojem složitého zařízení v omezeném čase, rozhodli pro vývoj základní varianty mise s nízkým rizikem, doplněnou o paralelní vývoj možných rozšíření.

Vzhledem k rizikům, která přináší vývoj složitých mechanismů, omezeném času na jejich odladění a nevelkým zkušenostem členů týmu v jejich implementaci, jsme se rozhodli postavit základní variantu sekundární mise CanSatu na využití elektronických senzorů v planetárním výzkumu. V rámci této mise bude UTeslaSat simulovat přistání průzkumné sondy na planetu terestrického typu s plynnou atmosférou, nacházející se v obyvatelné zóně, s cílem ověřit její habitabilitu a hledat případné stopy života.

Pro posouzení habitability budou senzory sondy sbírat a vysílat na pozemní stanici následující data:

  • Přítomnost magnetického pole planety
  • Teplotu a tlak okolní atmosféry
  • Přítomnost vody v atmosféře
  • Intenzitu slunečního záření (VIS) a úroveň UVA a UVB
  • Teplota povrchu pomocí senzoru
  • Detekce přítomnosti methanu v přízemní vrstvě atmosféry → stopy mikrobiálního života na planetě
  • Enviromentální data, data o aktuální poloze – odvysílány po přistání
  • Sledování chování sondy při sestupu a přistání – akcelerometr, gyroskop
    • Využití při vývoji pokročilejší verze řiditelného přistávacího modulu
  • Monitorování dat o vnitřní teplotě a stavu baterie sondy – po přistání

Výsledky měření budou předávány pomocí rádia na pozemní stanici a následně vyhodnoceny.

Paralelně vyvíjená rozšíření mise:

  • Multispektrální analýza pomocí VIS a NIR kamery
  • Odvysílání záběrů po přistání
  • Řízený sestup sondy pomocí paraglidu
  • Přítomnost vody v regolitu

Další do budoucna plánovaná rozšíření:

  • Řízený let sondy na principu motorizovaného paraglidu
  • Měření radiace GM čítačem nebo scintilatorem
  • Napájení sondy po přistání pomocí solárních panelů
  • Real-time přenos obrazu v průběhu letu a přistání
  • Měření rychlosti proudění atmosféry na povrchu Anemometrem
  • Přenos dat pomocí laseru[3]

V druhé polovině roku 2019 plánuje tým UTeslaSatu ve spolupráci s odborníky z UFA AV ČR vypustit stratosférickou sondu, která bude vycházet z konstrukce aktuálně vyvíjeného CanSatu.

  1. KONCEPCE KONSTRUKCE

Letošní koncepce vychází z konstrukce předešlé skupiny UTeslaSat.

Pro primární misi jsme se rozhodli vyjít z konstrukce kitu CanSat, což nám ze začátku ušetřilo spoustu práce v zahájení projektu.

Oproti původnímu kitu jsme se ale rozhodli přepracovat napájení, odzkoušeli jsme a použijeme Li-ion baterie s přibližnou kapacitou kolem 1500 mAh a DC-DC měnič, mimo něj i nabíjecí-ochranný obvod pro zmíněnou baterii.

Pro výrobu antény jsme hledali anténu, která by měla dostatečný zisk a jednoduchou konstrukci. Zvolili jsme čtyřprvkovou anténu Yagi, která má dipól umístěný netradičně naplocho.

Pro první testování používáme pouzdro vytisknuté podle návrhu staženého ze stránek CanSatu nicméně předpokládáme, že pro sekundární misi vytvoříme a vytiskneme nové. Aktuálně pracujeme na konstrukci nesoucí veškerý obsah připevněný vertikálně ke stěně pomocí šroubů. Konečnou podobu pouzdra budeme finalizovat až na základě ukončeného vývoje a testování elektroniky.

Podle našich výpočtů potřebujeme šestihranný padák o průměru minimálně 0,47 m. Aktuální padák, který byl součástí loňského CanSatu, je sice z pohledu sestupové rychlosti plně funkční, nicméně jeho oscilace mohou komplikovat pořizování obrazového záznamu během sestupu sondy a proto jsme se rozhodli pro otestování nového modelářského padáku od kterého si slibujeme větší stabilitu.  Zkoušky jeho sestupových parametrů proběhnou v prvním únorovém týdnu. V průběhu března plánujeme provést také testováním para-křídla pro řízený sestup.

Při vývoji základní sekundární mise aktuálně pracujeme s následujícími senzory:

  • Senzor teploty, tlaku a vlhkosti vzduchu BME280
  • 3-osý gyroskop, akcelerometr a magnetometr
  • Kompas HMC5883L
  • Senzor metanu a vodíku MQ-2
  • Infračervený teploměr MLX90615 , GY-906
  • Senzor intenzity UVB / UVA záření ML8511
  • Senzor intenzity záření ve VIS
  1. AKTUÁLNÍ STAV PROJEKTU A POPIS DOSAVADNÍHO VÝVOJE

V průběhu října a listopadu 2018 se postupně ustavil realizační tým. Od konce listopadu se tým (s výjimkou prázdnin a svátků) schází pravidelně minimálně 1x za 14 dní a pracuje na vývoji CanSatu.

V současné době máme funkční CanSat pro primární misi na bázi qbcan kitu, na které běží upravená verze jejich SW.

➢ ukázka kódu ground-station

Máme sestavenou anténu a padák. Ověřili jsme přenos dat a dosah vysílače..  Aktuálně vytištěné pouzdro sondy podle modelu ze stránek projektu. Máme také zakoupenou a otestovanou většinu výše uvedených senzorů. V nejbližší době nás čeká měření rychlosti sestupu u nového padáku s kulovým vrchlíkem, naprogramování Arduina pro práci se všemi senzory a vyřešení jejich mechanického umístění do těla CanSatu tak aby byla zajištěna jejich optimální funkce v rámci plánované mise. Paralelně s tím připravujeme 3D tisk motorizované gondoly pro testování para-křídla v rámci vývoje řízeného přistání.

Testujeme komunikaci mezi Arduino (modul qbcan) a RaspberryPi Zero (modul kamera + přenos snímků). Na ovládání Raspberry budeme nejspíše používat jen 1 nebo 2 piny. Tímto způsobem budeme moct ovládat nahrávání/focení videa/obrázků z Raspberry a potom budeme moct ovládat i přenos těchto dat. Pro přenos snímků z RaspberryPi plánujeme otestovat směrovou anténu na frekvenci 2,4 GHz.

Máme zpracován harmonogram přípravy. Postup přípravy projektu zaznamenáváme na FB stránce projektu.

[1] http://www.sci-news.com/astronomy/proxima-b-exoplanet-habitable-zone-04130.html

[2] https://breakthroughinitiatives.org/initiative/3

[3] https://www.ijraset.com/fileserve.php?FID=8102

USKUPENÍ TESLA O.S

Kostelní 104
530 02 Pardubice

Česká republika
IČO: 26579693
A. Prokop – 774 143 458; prokop.alex@seznam.cz
A. Prokopová – 775 104 441; sasaprokop@seznam.cz
E-mail: info@tesla.cz
Web: www.utesla.cz