Model UyduYapımı ve Uygulaması Construction of Model Satellite
Transkript
Model UyduYapımı ve Uygulaması Construction of Model Satellite
UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi 23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR Model UyduYapımı ve Uygulaması Construction of Model Satellite and Application Tevfik Takmak1, Zafer Kaplan2, Orkun Dilli3 ABSTRACT: Due to the high cost of satellite studies has emerged in alternative workspace needs. Due to the similarity to actual satellite work and to be an alternative for the work in this area and to make youth orient to satellite works, cansat (can sized micro satellite) is firstly put forward in America and Japan, is very important. It is aimed to make box satellite in which placing humidity, heat and GPS (Global Positioning System), remove to a certain altitude with the rocket or helium balloon and transfer the telemetry information where in simultaneously to the ground station in our model satellite work. Arduio is used as processor of satallite model. It is indicated in the written code for arduio how often the telemetry data will be transmitted to the ground station. Thanks to the transmitter used , obtained telemetry data can be transferred to the ground station from approximately 1 kilometer outdoors. The phrase of model satellite will be used for cansat in the report. Key Words: Model Satellite, Cansat, Telemetry. ÖZET: Uydu çalışmalarının çok masraflı oluşu nedeniyle alternatif çalışma alanları ihtiyacı ortaya çıkmıştır. İlk olarak Amerika ve Japonya'da ortaya koyulan Cansat (can sized micro-satellite, kutu büyüklüğünde mikro uydu) çalışmaları, gerçek uydu çalışmalarına benzerliği ve bu alanda yapılacak çalışmalara alternatif olması ve gençleri uydu çalışmalarına yöneltmesi nedeni ile önem arz etmektedir. Model uydu çalışmamızda, kutu büyüklüğünde bir prototipin içine sıcaklık, nem, GPS vb. sensörler ve kablosuz haberleşme sistemi yerleştirilerek, kutu uydunun roket veya helyum balonu ile belli bir irtifaya çıkarılması ve buradaki telemetri bilgilerinin eş zamanlı olarak yer isasyonuna aktarılması amaçlanmıştır. Model uydunun işlemcisi olarak arduino kullanılmıştır. Arduino için yazılan kodlarda, elde edilen telemetri bilgilerinin hangi sıklıkta yer istasyonuna aktarılacağı belirtilmiştir. Kullanılan verici sayesinde elde edilen telemetri bilgileri açık havada yaklaşık olarak bir kilometre mesafeden yer istasyonuna aktarılabilmektedir. Bildiride cansat için model uydu tabiri kullanılacaktır. Anahtar Kelime:Cansat,Telemetri, Model Uydu. 1. MODEL UYDU KAVRAMI/TANIMI VE AÇIKLAMASI: Model uydu projesi, uzay sistemleri alanında farklı disiplinden öğrencilere uydu tasarımı ve uzay teknolojileri geliştirme konusunda ileride karşılaşabilecekleri sorunları önceden göstermek, onlarda çözüme yaklaştırıcı bir zihin yapısı ve tecrübe kazandırmayı amaçlayan uygulamalı bir model uydu tasarım ve üretim yöntemidir. Öğt.Gör., Hv.Tek.Okl.K.lığı, ttakmak@tekok.edu.tr. Öğt.Gör., Hv.Tek.Okl.K.lığı, zkaplan@tekok.edu.tr. 3 Yrd.Doç.Dr., Hv.Tek.Okl.K.lığı, odilli@tekok.edu.tr. 1 2 209 UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi 23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR Böylece, uzay teknolojileri ve uygulamalı uzay mühendisliği alanında en etkili eğitim yöntemi olarak katılımcılara ekip çalışması ile kendi uydularını tasarlama, imal etme ve fırlatma fırsatı sunmaktadır. Model uydu fikri ilk olarak Kasım 98’de Hawaii’de yapılan «Univercity Space Systems Symposium (USSS)» sempozyumunda Stanford Üniversitesi öğretim üyesi Profesör Bob Twiggs tarafından ileri sürülmüştür. Amerika ve Japonya’dan tüm dünyaya yayılan bir konsepttir. Bu fikrin ortaya çıkış amacı düşük maliyetler ile, öğrencilere gerçek uzay proje deneyimi kazandırmak olarak özetlenebilir[1]. Adından da anlaşılacağı üzere teneke kutu büyüklüğünde uydu olarak başlayan bu düşünce şu an gelişimini ve değişimini büyük bir hızla sürdürmektedir. İlk başlarda 350 ml kutu kola ebadında olan model uydular şu an çok daha büyük ebatta ve daha profesyonel yapıdadır. NASA(Amerikan Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi), AIAA(Amerikan Uçak ve Uzay Mühendisleri Enstitüsü), AAS(Amerikan Uzay Mühendisleri Birliği) gibi kurumların desteklediği bu projede yetkin personel olarak bu kurumlarda çalışan mühendisler ve akademisyenler görev almaktadır[1]. Şekil-1: Model Uydu Resimleri Model uydu çalışmalarında amaç, telemetri bilgilerinin(sıcaklık, 3 eksenli hız bilgileri vb.) sağlanması amacı ile sensörlerin Şekil-1'de görülen tarzda bir taşıyıcı kafese yerleştirilmesi, uygun alıcı verici sistemi ve sistemin enerjisini sağlayacak düzenekte kurulduktan sonra model uydunun bir roket ile belli bir irtifaya çıkarılması ve paraşüt ile aşağıya inerken telemetri verilerinin yer istasyonuna aktarılmasıdır[2]. Şekil-2'de bir model uydunun roket ile fırlatılması, roketten ayrılma anı ve paraşüt ile aşağıya iniş aşamaları görülmektedir. Şekil-2: Model Uydu Fırlatma Aşamaları 210 UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi 23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR 2. MODEL UYDU VE BİLEŞENLERİ: Model uydunun en temel bileşenisistemin beyni olan mikrodenetleyicidir. Telemetri bilgilerinin ölçülebilmesi için gerekli olan GPS, 3-eksenli ivme ve sıcaklık sensörü uydunun diğer bileşenleridir. Ayrıca elde edilen telemetri bilgilerinin yer istasyonuna aktarılması için RF(Radio Frequency) alıcı verici sistemi gerekmektedir. Son olarak da sistemin çalışması için gerekli olan enerjiyi sağlayan batarya veya güneş pilleri model uyduyu tamamlamaktadır. Şekil-3'te model uydu projemiz için çizdiğimiz devre şeması görülmektedir. Şekil-3: Model Uydu Devre Şeması 2.1. Mikrodenetleyici: Model uydu sisteminde işlemci olarak Arduino UNO-R3 mikrodenetleyicisi kullanılmıştır. Arduinonun açık kaynaklı olması ve internet üzerinde birçok proje uygulaması olması önemli avantajlarından bir kaçıdır. Arduino'nun burada telemetri verilerinin hangi aralıklarla ölçülüp yer istasyonuna gönderileceği, model uydunun inişi esnasında yapılması gereken diğer işlerin tamamlanması vb. görevleri vardır. 2.2. Sensörler: Model uyduda arduino ile uyumlu sensörler kullanılmıştır. Sistemde konum bilgisinin elde edilmesi için GPS Shield Retail Kit, 3 eksenli hız bilgilerinin ölçülebilmesi için ADXL335 3-eksenli ivme sensörü ve sıcaklık bilgilerinin ölçülebilmesi için BMP180 kullanılmıştır. 2.3. RF Alıcı Verici: Sistemde elde edilen telemetri verilerinin yer istasyonuna aktarılabilmesi amacıyla XBee kullanılmıştır. XBee'nin açık alanda bilgi aktarabileceği mesafe yaklaşık olarak bir kilometredir. 211 UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi 23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR 3. MODEL UYDUMUZUN SİSTEM TASARIMI: Model uydu roket ile fırlatılacağı için bileşenlerin yerleştirileceği kafesin silindiriğe yakın bir yapı olması gerekmektedir. Bizim tasarımımızda 2012 senesinde ABD'de düzenlenen Cansat Competition yarışmasında birinci olan İTÜ Uyarı takımının tasarımı olan Şekil-4'te görülen altıgen kafes yapısı kullanılmıştır. Bu kafes yapısında bulunan boşlukların amacı sistemde oluşacak olan ısınmanın azaltılması ve model uydunun daha hafif olmasıdır. Şekil-4: Model Uydu Tasarımı İzometrik Görünüm Sistem tasarımında Şekil-5'te görülen elemanlar temel bileşenleri oluşturmaktadır. Model uydu yarışmalarında tamamlanması gereken farklı görevler bulunabilmektedir. Bu görevlerin tamamlanabilmesi için sisteme kamera, mekanik iniş sistemleri gibi farklı bileşenlere de ihtiyaç duyulabilmektedir. Şekil-5: Model Uydu Patlatılmış Resim 3. MODEL UYDUMUZUN UÇUŞ AŞAMALARI: Model uydumuzun işlemcisi olan Arduino programlandıktan sonra kullanılacak olan sensörlerin sisteme entegre edilmesi sağlanmış ve kafesin içine uygun şekilde yerleştirilmiştir. Model uydunun düşme, çarpma vb. fiziksel olaylardan en az şekilde etkilenmesi için kafesin içindeki boşluklar koruyucu bir sünger ile doldurulmuştur. 212 UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi 23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR Projemizde model uydunun helyum balonu ile yaklaşık 100 metrelik bir irtifaya çıkarılarak, buradaki telemetri bilgilerinin yer istasyonuna aktarılması amaçlanmıştır. Bina içindeki uçuş ve kablosuz telemetri testleri başarılı bir şekilde yapılmıştır. Bu testlere ait resimler Şekil-6'da görülmektedir. Açık havada yapılan testlerde ise balon büyüklüğünün yeterli olmaması sebebi ile model uydunun yüksek irtifaya çıkışı sınırlanmıştır. Bunun için çok daha büyük helyum balonlarının kullanılması gerektiği görülmüştür. Bu da çalışmanın maliyetini arttıran önemli bir etkendir. Projemizin ilerleyen aşamalarında, model uydunun roket ile fırlatılması, roket düşüşe geçmeden önce model uydunun roket içinden fırlatılarak roketten bağımsız şekilde paraşüt ile inişe geçmesi ve iniş esnasında yer istasyonuna telemetri verilerinin gönderilmesi amaçlanmıştır. Şekil-6: Model Uydu Test Aşamaları 5. SONUÇ VE DEĞERLENDİRME: Bu çalışmada, öncelikle model uydu ve tasarımı incelenmiş, sonrasında bizim yaptığımız model uydunun tanıtımı ve uygulaması verilmiştir. Bu uygulama ile model uydunun tasarımı, bileşenleri ve uçurulmasında tecrübeler elde edilmiş ve ilerideki yapılacak çalışmalar için hedefler belirlenmiştir. Benzer çalışmalar yapacakların aşagıda verilen tavsiyelere uymaları, çalışmalarının daha sağlıklı ve verimli olması açısından önemlidir. Model uydu çalışmalarında kullanılacak olan sensörlerin ve alıcı verici cihazların istenilen şekilde çalıştığı teyit edilmeli ve daha önce kullanılmış ve verim alınmış olmasına dikkat edilmelidir. Aksi durumda zaman kayıpları meydana gelebilmektedir. Ayrıca tasarlanacak olan model uydunun roketle mi fırlatılacağı, helyum balonu ile mi havalandırılacağı, eğer balon ile havalandırılacak ise balonun büyüklüğünün ne olması gerektiği veya bir model uçaktan paraşüt ile mi bırakılacağı baştan belirlenmeli ve model uydu tasarımı bu duruma göre yapılmalıdır. 213 UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi 23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR Uzay çalışmalarına öncülük etmesi, düşük maliyetli olması, disiplinler arası çalışma gerektirmesi öğrencileri grup çalışmasına alıştırması gibi nedenlerden dolayı model uydu çalışmalarının ülkemizdeki eğitim öğretim kurumlarında yaygınlaşmasının faydalı olacağı değerlendirilmektedir. KAYNAKÇA: SOYER (2014), “Cansat(Model Uydu)”, 5'inci Uzay Teknolojileri ve Eğitimi Birliği Toplantısı. COŞKUNPINAR, " Uyarı Model Uydu Takımı", Mühendis ve Makina ÇELEBİ, AYDEMİR, " Cansat Tasarım ve İmalat Kurs Sonuç Raporu", UTEB(Uzay Teknolojileri ve Eğitimi Birliği ) Cansat Competition, http://www.cansatcompetition.com/. Cansat CompetitionGuidelines, http://www.narom.no/. 214