Инструменты пользователя

Перевод этой страницы:

Инструменты сайта


Боковая панель

Для чего нужен ОрбиКрафт

Подсистемы конструктора

Инструкции по работе с ОрбиКрафт

Уроки

Лабораторная оснастка

Знакомство с Arduino

Полезная нагрузка на базе Arduino

Обратная связь

Новости

how

Назначение

Конструктор «ОрбиКрафт» вместе с комплексом имитаторов космической среды «Терра» является комплексом полунатурного моделирования, предназначенным для обучения школьников и студентов основам разработки, проектирования, сборки, испытаний и эксплуатации космического аппарата.

Главная особенность: вместо того, чтобы разрабатывать отдельные системы и углубляться в их детальное устройство, комплекс в целом и конструктор в частности позволяет сделать упор на системное проектирование космического аппарата в целом и быстрое получение результата - работающего прототипа.

Состав

В набор комплекса входят:

  • Набор модулей для сборки функциональных макетов спутника - конструктор «ОрбиКрафт»
  • Комплекс имитаторов космической среды «Терра»

Функциональный макет спутника (собираемый из конструктора «ОрбиКрафт» объект) может содержать:

  • полезную нагрузку - камеру для съемки пространства вокруг себя
  • центральный бортовой компьютер на основе Raspberry Pi
  • систему энергопитания, включая аккумулятор, блок управления питанием
  • систему передачи команд и сбора телеметрии, включая радиоприемопередатчик на борту и «Земле»
  • систему определения ориентации и стабилизации, включая солнечные датчики, магнитометр и датчик угловой скорости, а также двигатель-маховик
  • программное обеспечение
  • набор руководств и инструкций по сборке и по использованию конструктора в составе лабораторной оснастки.

—-

Комплекс имитаторов космической среды «Терра» включает в себя:  Конструктор ОрбиКрафт с комплексом имитаторов космической среды "Терра"

  • вращающийся глобус - имитатор Земной поверхности, имитирующий кинематику поступательного движения спутника по околоземной орбите
  • прожектор - имитатор Солнца, обеспечивающий поток солнечного излучения для работы солнечных датчиков
  • токовую рамку - имитатор геомагнитного поля для работы бортовой системы ориентации
  • специальный струнный подвес (нить), обеспечивающий движение спутника относительно центра масс
  • «Центр управления полетом», включающий наземный приемопередатчик, специальное программное обеспечение для персонального компьютера, имитирующее функционально работу настоящего Центра управления полетом космического аппарата

Имитатор Земли

Имитатор Земли - земной глобус, обеспечивающий:

  • геометрически - масштабированный внешний вид Земли, видимый с борта спутника, диаметром 130 см.
  • кинематику движения спутника по подспутниковой трассе вдоль экваториальной орбиты - или в реальном времени, или с использованием обоснованного масштабирования (ускорение, замедление времени), условия съемки определенных участков поверхности аналогично и в тех же терминах, что и съемка реальной земной поверхности спутниками ДЗЗ (время, орбитальные параметры, координаты точки, координаты региона);
  • условия связи с «землей» (наземными измерительными пунктами – НИПами) по телеметрической и телекомандной радиолинии, когда наземный пункт оказывается в зоне геометрической радиовидимости борта – включаются светодиоды соответствующей «наземной станции»;
  • условия передачи данных «на землю» по высокоскоростному каналу связи, когда наземный пункт оказывается в зоне геометрической радиовидимости борта.

 Имитатор Земли

Спутник «летит по околоземной орбите», а по сути - висит на нити в имитируемом «геомагнитном» поле (внутри токовой рамки) и поворачивается в горизонтальной плоскости на нити - или свободно, или под действием бортовой системы управления, запрограммированной пользователем - в то время, как глобус Земли перед ним равномерно вращается, имитируя движение аппарата по экваториальной орбите. Требуемый для съемки участок поверхности глобуса в районе экватора глобуса рано или поздно оказывается перед повешенным аппаратом, и задача системы управления спутника - к этому моменту сориентировать и стабилизировать спутник на подвесе, направив поле зрения камеры с необходимой точностью на интересующий участок, снять его и затем передать данные съемки «на Землю» пользователю, сопровождая эту возможность ориентацией лазерной указки на требуемый «наземный» пункт приема.

Управление Глобусом осуществляется через порт USB ПК, в задачи которого входит управление вращением глобуса, а также управление сетью «наземных» (на поверхности глобуса) центров приема и обработки телеметрии (НИП), а также «поверхностных» центров приема высокоскоростной информации. Эти центры размещены на поверхности «Земли» в заранее известных, заданных и неизменных во времени географических точках.

Условия связи с «Землей» по телеметрической и телекомандной радиолинии имитируются путем расчета, когда тот или иной НИП на поверхности глобуса находится в зоне геометрической радиовидимости с подвешенным на струне бортом, и выдачи соответствующей команды на включение или выключение радиоприемника этого наземного пункта. После включения наземный пункт по умолчанию находится в режиме приема данных телеметрии.

Условия передачи данных с борта на «Землю» (фотоприемник на поверхности глобуса) по высокоскоростному каналу связи имитируются с использованием засветки и удержания бортовым лазерным лучом указки заданного маркера на поверхности вращающегося глобуса. Факт засветки фотодиода на поверхности глобуса в течение заданного интервала времени является признаком нормальной ориентации «борта» на «Землю», после чего данные с борта передаются по обычному каналу Wi-Fi все время, пока светодиод ВЧ-передатчика подсвечивает необходимый маркер.

Основные характеристики глобуса:

  • диаметр 130 см.
  • масса всего имитатора (глобус и спрятанный внутри привод с системой управления) 40 кг,
  • масса глобуса 20 кг, материал глобуса - прочный стеклопластик,
  • хорошая контрастность покрытия глобуса,
  • карта с видом Земли из космоса и сеткой из параллелей и меридианов
  • вертикальная ось вращения глобуса,
  • скорость вращения глобуса может плавно или ступенчато регулироваться от ПК от 0 до 1 об/мин, максимальная погрешность поддержания скорости вращения не больше +-2%; на турнире скорость вращения будет выставлена равной 0.2 об/мин,
  • все привода, электроника и прочее – расположены внутри глобуса,
  • глобус подключается к розетке 220 В и к порту USB управляющего ПК

Характеристики системы управления глобусом:

  • одноосный электропривод
  • драйвер привода и плата управления драйвером
  • подключение к компьютеру по интерфейсу USB
  • система управления «наземными» пунктами телеметрии, а также фотодиод для детектирования света лазерной указки «борта».

Все геометрические параметры глобуса, кинематические параметры его вращения согласованы с возможностями динамической системы бортовой системы управления макета спутника (быстродействие, точность, число степеней свободы, время непрерывной работы)], а также с возможностями бортовой полезной нагрузки (поле зрения, время экспозиции, условия освещенности, скорость передачи данных), используемой в составе макета для получения специальной информации.

Имитатор Солнца

 Имитатор Солнца

Имитатор Солнца – источник света, обеспечивающий пучок света, по ряду характеристик схожий с солнечным, с целью воздействия на систему ориентации макета, а также на условия съемки участков глобуса камерой, установленной в составе макета спутника.

Основные параметры имитатора:

  • непараллельность пучка не хуже 12 град,
  • спектр излучения - максимально приближенный к солнечному,
  • диаметр пучка света, концентрирующий 90% мощности, не более 20 см,
  • мощность видимого излучения близка к Солнечной 1367 Вт/м2 на расстоянии не менее 0.2 м от источника света,
  • безопасность для глаз (защита в виде очков),
  • во время проведения эксперимента имитатор неподвижен, и может быть легко перемещен одним человеком на любое расстояние между экспериментами,
  • питание от обычной сети 220 В,
  • наличие системы крепления (штатива), позволяющей возможность плавной регулировки источника света по высоте (от 0.5 до 1.5 м), по углу наклона к горизонту (-60..60 град),

Имитатор Солнца должен быть включен пользователем перед началом проведения эксперимента и отключен после проведения эксперимента вручную с использованием обычного выключателя.

Имитатор магнитного поля Земли

Имитатор магнитного поля Земли – замкнутый соленоид (кольцо Гельмгольца), предназначенный для создания управляемой величины магнитного потока, направленного сквозь вертикально установленную его плоскость (рабочую плоскость). Такая рамка играет роль упрощенного одноосного имитатора магнитного поля Земли.

 Токовая рамка

Токовая рамка устанавливается на пол и обеспечивает возможность размещения на нити конструктора ОрбиКрафт так, чтобы его центр масс был размещен в рабочей плоскости – экваториальной плоскости глобуса, на высоте примерно 80 см от пола, и обеспечивалось его неограниченное свободное вращение.

Основные характеристики соленоида:

  • Зона однородности (5%, 1 градус) совпадает с размером конструктора
  • Материал: каркас алюминий, проводник - медь;
  • Габариты: обеспечивают свободное вращение макета внутри нее на струне с возможностью регулировки по высоте на величину +- 5 см.
  • Время непрерывной работы на полной мощности: не менее 4 часов;
  • Напряжение питания: не более 27 В
  • Безопасная при лабораторном использовании.

Принцип работы

Функциональный макет «спутника», собранный из набора и запрограммированного пользователем, подвешивается на нити, после чего его слегка закручивают на нити и отпускают, позволяя макету совершать плоские крутильные колебательные движения.

В зависимости от решаемой спутником задачи, набора датчиков определения ориентации, состава и компоновки основных систем и полезной нагрузки, а также прошитого программного обеспечения «спутник» должен стабилизировать свое вращение на подвесе (остановиться), затем развернуться к «Земле» одной из своих боковых поверхностей и сделать фотографию заданного участка бегущей «земной» поверхности.

Вариативность задач определяется разными критериями успеха – максимальное быстродействие, различные алгоритмы наведения, точность наведения, простота и скорость реализации, минимум использованных в компоновке бортовых приборов, максимум передаваемой с борта информации и т.д.

Схема стенда

Общий вид собранного комплекса и классическая схема установки комплекса имитаторов космической среды «Терра» и конструктора «ОрбиКрафт» в его составе.

 Общий вид собранного комплекса

 Классическая схема установки комплекса имитаторов космической среды "Терра" и конструктора "ОрбиКрафт" в ее составе

ООО «Спутникс» вправе отказать в гарантийном обслуживании оборудования в случае выявления признаков нарушения условий хранения, транспортировки и эксплуатации, а также в случае вмешательства пользователей внутрь блоков в составе оборудования, не предназначенных для разборки пользователем.
how.txt · Последние изменения: 2020/08/17 13:55 — golikov

Инструменты страницы