CanSat

Το CanSat είναι ένας διαγωνισμός προσομοίωσης ενός πραγματικού δορυφόρου, ολοκληρωμένης εντός του όγκου και του σχήματος ενός κουτιού αναψυκτικού. Η πρόκληση για τους μαθητές και τους φοιτητές που συμμετέχουν σε αυτό το διαγωνισμό είναι να χωρέσουν όλα τα μεγάλα υποσυστήματα που βρίσκονται σε ένα δορυφόρο, όπως η ισχύς, οι αισθητήρες και ένα σύστημα επικοινωνίας, σε αυτόν τον ελάχιστο όγκο. Το CanSat στη συνέχεια εκτοξεύεται σε υψόμετρο μερικών εκατοντάδων μέτρων από έναν πύραυλο, ή πέφτει από μια πλατφόρμα, όπου πραγματοποιεί το επιστημονικό του πείραμα της και επιτυγχάνει μια ασφαλή προσγείωση.
Σε διαγωνισμούς CanSat, το ωφέλιμο φορτίο πρέπει για να χωρέσει μέσα στον όγκο ενός τυπικού κουτιού σόδας (66 mm διάμετρος και 115 χιλιοστά ύψος) και να έχει μάζα κάτω από 350g. Κεραίες μπορούν να τοποθετηθούν εξωτερικά, αλλά η διάμετρος δεν μπορεί να αυξηθεί μέχρι το CanSat να αφήσει το όχημα εκτόξευσης. Τα CanSat αποβάλλονται από ένα μικρό πύραυλο σε ύψος που ποικίλλει ανάλογα με τον διαγωνισμό.   Τα CanSat είναι εξοπλισμένα με σύστημα ανάκτησης, συνήθως αλεξίπτωτο, για να περιορίσουν τη ζημιά κατά την προσγείωση και να επιτρέψουν την επαναχρησιμοποίηση του CanSat.Τα CanSats χρησιμοποιούνται για τη διδασκαλία της διαστημικής τεχνολογίας, λόγω του χαμηλού κόστους κατασκευής και του μικρού όγκου τους. Στόχος του είναι η εξοικείωσή των συμμετεχόντων με τεχνολογίες παρόμοιες με αυτές που χρησιμοποιούνται σε έναν δορυφόρο. Ο μαθητικός διαγωνισμός αποτελεί προκριματική φάση του ευρωπαϊκού διαγωνισμού CanSat in Europe, ο οποίος διοργανώνεται από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) και απευθύνεται σε μαθητές λυκείου
Στους διαγωνισμούς CanSat οι ομάδες αποτελούνται από 4 με 6 μέλη και καλούνται να οραματιστούν μια διαστημική αποστολή, να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν έναν εκπαιδευτικό δορυφόρο σε μέγεθος κουτιού αναψυκτικού για να την εκτελέσει. Ο δορυφόρος αυτός εκτοξεύεται σε υψόμετρο ενός χιλιομέτρου και κατά την προσγείωσή με την βοήθεια αλεξίπτωτου εκτελεί την αποστολή που έχει επιλέξει η κάθε ομάδα.
Ευρωπαϊκός διαγωνισμός CanSat in Europe διοργανώθηκε για πρώτη φορά το 2010 από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA). Από τότε έχουν λάβει χώρα επτά ευρωπαϊκοί διαγωνισμοί με ισάριθμες ελληνικές συμμετοχές. Οι ελληνικές αποστολές έχουν καταλάβει δύο φορές τη δεύτερη θέση, το 2012 και 2014.

Ιστορία του CanSat

Το 1998 το πρώτο "University Space System Symposium" πραγματοποιήθηκε στη Χαβάη. Εκεί, 50 φοιτητές από διάφορα πανεπιστήμια διοργάνωσαν μία συνάντηση και ένας καθηγητής από το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, που ονομάζεται Bob Twiggs, πρότεινε την ιδέα του νανο-δορυφόρου. Ένας νανο-δορυφόρος είναι βασικά ένας δορυφόρος με τη μορφή ενός κουτιού σόδας. Ο κύριος στόχος της ερευνητικού έργου του νανο-δορυφόρου ήταν να εκτοξευτεί ένας πύραυλος με 3 νανο-δορυφόρους μέσα σε αυτόν. Το έργο ξεκίνησε το 1999 με το όνομα ARLISS.
Το 2000, οι αποστολές των νανο-δορυφόρων ορίστηκαν ως ο υπολογισμός του ανοίγματος ενός συστήματος προσγείωσης με χρήση δεδομένων που παρέχονται από το βαρόμετρο ή κάνοντας χρήση ενός διαφορικού GPS και, το 2001 οι στόχοι έγιναν ακόμη πιο περίπλοκοι, προσθέτοντας μια επιπλέον αποστολή, να προσγειωθεί ο νανο-δορυφόρος σε ένα συγκεκριμένο μέρος. Δεν ήταν μέχρι το2003, όταν το Πανεπιστήμιο του Τόκιο τοποθέτησε 2 νανο-δορυφόρους που ήταν αρκετά μεγαλύτεροι από ένα κουτί και ήταν ονομάστηκαν CubeSats.
Η έννοια του CanSat δημιουργήθηκε το 2010 από την ESA και, μετά από τους στόχους που ο Bob Twiggs πρότεινε στη Χαβάη το1998, η ESA διεξάγει ένα εκπαιδευτικό διαγωνισμό, στον οποίο οι μαθητές χρησιμοποιούν νανο-δορυφόρους για την εκπλήρωση ενός πρωταρχικού στόχου που προτείνεται από την ESA και έναν προσωπικό δευτεροβάθμιο στόχο της επιλογής τους.

Κύρια στοιχεία 

Ορισμένα στοιχεία Που έχει κάθε CanSat:

Μπαταρία

Παρέχει ενέργεια για τη λειτουργία όλων των συστημάτων του CanSat και είναι απαραίτητη για κάθε CanSat ή ηλεκτρονικό σύστημα, O τύπος ο  οποίος χρησιμοποιείται περισσότερο λόγω της απόδοσής του και του λόγου βάρος του είναι οι μπαταρίες πολυμερών λιθίου (LiPo).

Δευτερεύοντα στοιχεία

Εκτός από τα προαναφερθέντα στοιχεία, μπορούν να προστεθούν και άλλα ανάλογα με τις απαιτήσεις της αποστολής

Βαρόμετρο

Αποτελείται από μια κυψελίδα που μετράει την πίεση η όποια συνδέεται σε έναν μικροεπεξεργαστή και μετατρέπει την πίεση σε κάποια τιμή τάσης η οποία έπειτα αντιστοιχείται ξανά από έναν επεξεργαστή (με κώδικα) σε πίεση. Επιπλέον ο αισθητήρας μπορεί να χρησιμοποιήσει τα γνωστά δεδομένα για την ατμόσφαιρα για να μας δώσει και το υψόμετρο.
Κάποιοι απο αυτόυς τους αισθητήρες είναι της adafruit με κωδικές ονομασίες BMP085 , BMP180 , BME280

Θερμόμετρο

Η λειτουργία του μοίαζει με του βαρομέτρου αλλά η τάση εξόδου εξαρτάται από τη θερμοκρασία στην οποία βρίσκεται. Ο μικροεπεξεργαστης διαβάζει αυτή την τάση και της ορίζει μια τιμή θερμοκρασίας.
Για παράδειγμα οι αισθητήρες: DS18B20, TMP36

GPS

Το GPS (συντομογραφία για το Global Positioning System) είναι ένα σύστημα εντοπισμού θέσης. Τι σύστημα αυτό βασίζεται σε ένα δορυφορικό δίκτυο που περιστρέφεται γύρω από τη Γη και στέλνει συνεχώς τη θέση και το χρόνο μετάδοσης. Έχοντας αυτά τα δεδομένα, ο δέκτης εφαρμόζει την μέθοδο του τριγωνισμού σε σχέση με όλους τους διαθέσιμους δορυφόρους ώστε να υπολογίσει με περισσότερη ακρίβεια την θέση. Αυτή η θέση αποστέλλεται στον μικροεπεξεργαστή από σειριακή θύρα ως γραμμή δεδομένων.
Όσο αναφορά το σχεδιαστικό κομμάτι το GPS είναι καλό να έχει άμεση οπτική επαφή με τον ουρανό για τα καλύτερα αποτελέσματα.
Για παράδειγμα οι μονάδες: MTK3339, Venus638FLPx.

Κάμερα

Μια μικρή κάμερα μπορεί να τοποθετηθεί στο Cansat για να φωτογραφίσει οτιδήποτε κατα την διάρκεια της πτήσης.Οι εντολές να για να τραβηχθούν οι φωτογραφίες δίνονται από τον επεξεργαστή. 
Για παράδειγμα οι αισθητήρες: OV7670, OV2640 και MT9F002.

Επιταχυνσιόμετρο

Είναι ένας αισθητήρας ο οποίος μετράει την επιτάχυνση σε 3 ή παραπάνω άξονες. Τα επιταχυνσιόμετρα μετράνε επιταχύνσεις στους αντίστοιχους άξονες. Επιπλέον τα πιο καλά επιταχυνσιόμετρα σου επιτρέπουν να προσδιορίσεις την θέση σου στον χώρο (IΝS). Αυτά χρησιμοποιούνται σε κάποια CanSat. Η μη προβλεψιμότητα αυτού του συστήματος βασίζεται στα λάθη που μπορούν να γίνουν κατά την διάρκεια του calibration του αισθητήρα αποτελεί ενα μειονέκτημα. Τα πλεονεκτήματα είναι ότι δεν απαιτεί GPS  και δεν επηρεάζεται από μαγνητικές παρεμβολές.
Όπως για παράδειγμα οι πλακέτες: MMA8451, ADXL335, LIS3DH.

Μαγνητόμετρο

Κάποιες φορές πρέπει να ξέρουμε την κατεύθυνση που ακολουθεί το CanSat. Για παράδειγμα σε περιπτώσεις που δοκιμάζεται να επιτευχθεί ελεγχόμενη προσγείωση. Το μαγνητόμετρο είναι ένας μικρός αισθητήρας ο οποίος σαν πραγματική πυξίδα μετράει την γωνία μεταξύ  της κατεύθυνσης που βρίσκεται και το Νότο. Αυτή η γωνία στέλνεται στον μικροεπεξεργαστή ο οποίος δρα αντίστοιχα.
Για παράδειγμα οι πλακέτες: HMC5883L, LSM303.

Τύποι CanSat

Υπάρχουν κυρίως δύο τύποι CanSats, αν και μια τρίτη κατηγορία προστίθεται συνήθως για εκείνα που δεν ταιριάζουν στις δύο πρώτες:

Τηλεμετρία

Ο κύριος σκοπός Ενώς CanSat τέτοιου τύπου είναι να συλλέγει και να μεταδίδει δεδομένα από την πτήσηκαθώς  και τις καιρικές συνθήκες σε πραγματικό χρόνο για επεξεργασία από έναν επίγειο σταθμό. Τα CanSats αυτής της κατηγορίας δεν χρησιμοποιούν σύστημα κατεύθυνσης, δεδομένου ότι ο στόχος της αποστολής δεν είναι να πέσει σε ένα συγκεκριμένο σημείο αλλά να συλλέξει δεδομένα κατά την διάρκεια της κάθόδου (η οποία συνήθως δεν ελέγχεται). Από τα συστήματα που αναφέρονται στις προηγούμενες ενότητες τα πιο χρησιμοποιούμενα είναι: βαρόμετρο, θερμόμετρο, GPS και κάμερα.

Επιστροφή

Η κύρια αποστολή  αυτών είναι η προσγείωση με ελεγχόμενο τρόπο όσο το δυνατόν πλησιέστερα προς έναν στόχο που επισημαίνεται με συντεταγμένες GPS. Αυτές οι συσκευές μπορούν να καθοδηγούνται από το GPS ή από  Inertial Navigation System INS . Αυτή η θέση αποστέλλεται στον μικροεπεξεργαστή, ο οποίος συγκρίνει τη θέση του CanSat σε σχέση με την θέση του  στόχου, με την ανάλυση αυτών των δεδομένων υπολογίζει της γωνία με την οποία θα πρέπει να στραφεί για την προσέγγιση του στόχου και δίνει τις κατάλληλες οδηγίες στο σύστημα κατεύθυνσης . Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται συνεχώς για να κάνει διορθώσεις. Τέτοιες συσκευές αποθηκεύουν επίσης δεδομένα σχετικά με την πτήση, αλλά επειδή ο αριθμός των αισθητήρων που τα συνοδεύουν είναι μικρότερος, οι πληροφορίες είναι πιο λίγες από ό, τι στον προηγούμενο τύπο. Ένα ComeBack CanSat φέρει πάντα ένα σύστημα κατευθυνσης  που του επιτρέπει να κάνει ελιγμούς, να κατευθύνει και να κινηθεί προς το στόχο. 

CanSat In Greece

Η ιδέα για τη διεξαγωγή του διαγωνισμού CanSat στην Ελλάδα προέκυψε τον Οκτώβρη του 2015, όταν στα πλαίσια μιας συζήτησης, για καινοτόμες δράσεις, που διοργάνωσε ο φοιτητικός οργανισμός IEEE NTUA SB, οι φοιτητές Ηλίας Ψυρούκης, Ηλίας Θεοδωρίδης και Στρατής Τσιρτσής πρότειναν τη διοργάνωση του διαγωνισμού με τα ευρωπαϊκά πρότυπα. Οι τρεις αυτοί φοιτητές συμμετείχαν στον ευρωπαϊκό διαγωνισμό CanSat το 2012 ως μαθητές του 3ου Γενικού Λυκείου Μυτιλήνης με την ομάδα Icarommenipus 3D, κερδίζοντας τη δεύτερη θέση. Συνεχίζοντας την πορεία τους στον τομέα της τεχνολογίας, πέρασαν στη σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Θέλοντας να δώσουν στους Έλληνες μαθητές την ευκαιρία να ζήσουν τη μοναδική εμπειρία του διαγωνισμού, αποφάσισαν, ως μέλη του ΙΕΕΕ NTUA Student Branch, να διοργανώσουν, για πρώτη φορά στην Ελλάδα, τον πανελλήνιο διαγωνισμό CanSat in Greece.