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

Это старая версия документа!


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.

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

how.1533545143.txt.gz · Последние изменения: 2020/03/25 16:29 (внешнее изменение)

Инструменты страницы