Un CanSat és un aparell o sistema de la grandària d'una llauna de refresc la missió del qual pot ser recollir dades, efectuar retorns controlats o fer algun perfil de missió predeterminat. La seva principal funció és l'ensenyament de tecnologies aeroespacials en escoles i universitats. Si bé se'ls anomena «satèl·lits», no ho són en el sentit estricte de la seva definició com a cos que gira al voltant d'un planeta. Aquests aparells normalment han de ser completament autònoms i poden rebre o transmetre dades. Les seves antenes es poden muntar externament, però el diàmetre del satèl·lit no es pot alterar fins que no hagi sortit del coet, si es llança per mitjà d'aquest. Munten normalment un paracaigudes que permet la seva recuperació. S'usen com a introducció a la tecnologia espacial pel seu petit cost.Descripción del Concurso. CanSats in Europe. miniatura|Llançament dels CanSat per mitjà d'un coet
Història L'any 1998, en un col·loqui que es va celebrar a Hawaii, es van reunir al voltant de 50 estudiants i docents de 12 universitats dels Estats Units i Japó. Va ser el primer University Space Systems Symposium, que en català significa «Simposi de Sistemes Espacials». Aquí Bob Twiggs, catedràtic emèrit de la Universitat Stanford, va proposar la idea inicial del que després serien els projectes de nanosatèl·lits.Twiggs Robert J., "Introducing New Challenges for Future Space Missions", International CanSat Workshop, 23 de febrer de 2007.
Aquesta idea consistia en llançar una estructura de la grandària d'una llauna de refresc a l'espai. És a dir, el seu volum hauria de ser de l'ordre dels 350 ml i la massa, d'uns 500 g. Això va portar a un projecte que va començar el 1999 anomenat ARLISS, amb participació majoritàriament americana i japonesa, duent-se a terme el primer llançament l'11 de setembre d'aquell mateix any i continuant anualment de forma ininterrompuda.
La idea inicial, que encara preval avui dia, era llançar 3 satèl·lits de 350 ml, o un satèl·lit de major volum. El mitjà seria un coet capaç de moure 1.8 kg i que ascendiria fins als 4.000 metres d'alçària obrint així la porta a vols de baix cost —uns 400 dòlars.Walker R. et al., "ESA Hands-on Space Education Project Activities for University Students: Attracting and Training the Next Generation of Space Engineers" , 14-16 d'abril de 2010.
L'any 2000 les missions que es realitzaven eren de tot tipus: des de calcular l'obertura d'un sistema d'aterratge mitjançant les dades proporcionades pel baròmetre, fins a fer ús d'un sistema de GPS diferencial. El projecte va arribar a una situació més complexa l'any 2001, quan es va afegir la categoria ComeBack, segons la qual el satèl·lit ha de dirigir-se a un determinat objectiu. Aquesta missió va tenir molt èxit, ja que en 2002 l'aparell d'uns estudiants del Space Robotics Lab, de la Universitat de Tohoku es va acostar fins als 45 m del seu objectiu i en 2006 aquesta xifra va disminuir fins als 6 m.
L'interès per aquest tipus de satèl·lits va anar creixent i estenent-se. El 2003 la Universitat de Tòquio va posar en òrbita dos satèl·lits CubeSat, satèl·lits d'una grandària una mica més gran que els CanSats, i amb forma de cub.
En els últims anys s'han anat desenvolupant competicions seguint el mateix concepte proposat pel professor Bob Twiggs i plasmat en ARLISS tant a nivell nacional com internacional.
Funcionament Elements principals Hi ha una sèrie d'elements que són comuns en tots els tipus de CanSat:
Bateria Subministra corrent elèctric per al funcionament de tots els sistemes del robot. Són imprescindibles per a qualsevol robot o sistema electrònic. Les més utilitzades per les seves prestacions i la seva relació corrent-pes són les bateries de polímers de liti (LiPo).
Microprocessador És el cervell del robot, s'encarrega de rebre els senyals dels sensors externs (com l'altímetre, l'acceleròmetre, o el transmissor) i a més les processa per actuar de forma determinada segons com estigui programat. La majoria de microprocessadors incorporen o poden incorporar una memòria interna per emmagatzematge de dades, útil per guardar la informació dels diferents sensors durant el vol.
Alguns microprocessadors comercials que s'usen a aquest nivell són:
Arduino MBed
Elements secundaris A partir dels dos elements anteriors es poden incorporar diferents elements segons per a quins objectiu s'hagi dissenyat el robot. Alguns d'aquests elements poden ser:
Baròmetre Consisteix en una cèl·lula mesuradora de pressió que es connecta al microprocessador i li envia un senyal amb un valor de voltatge segons la pressió que noti. El microprocessador utilitza les correccions de l'atmosfera estàndard per aconseguir l'altitud.
Exemple de baròmetre usat en aparells d'aquestes característiques:
SCP1000
miniatura|Interior d'un CanSat.
Termòmetre El funcionament és similar al del baròmetre però el voltatge que envia com a senyal al microprocessador depèn de la temperatura que mesuri. El microprocessador interpreta aquest senyal assignant-li un valor de temperatura.
Aquests són exemples de termòmetres usats:
MAX6675 TMP102
Receptor GPS GPS són les sigles angleses per a Global Positioning System, és un sistema de posicionament terrestre que consta d'una xarxa de satèl·lits que orbiten la terra que contínuament emeten la seva posició i el temps de la transmissió. A partir d'aquestes dades, un receptor triangula la seva posició amb tots els satèl·lits disponibles per a una major precisió. Aquesta posició es transmet al microprocessador a través d'un port en sèrie com una línia de dades. Existeixen altres sistemes de navegació tals com Galileo a Europa o Beidou a la Xina però estan encara en fase de desenvolupament pel que de moment no són aplicables.
A nivell de disseny, és preferible situar els receptors GPS en un lloc on tinguin la línia de visió més directa possible amb els satèl·lits per no perdre la cobertura d'aquests durant el vol. En un CanSat amb estructura metàl·lica s'han de situar sempre on l'estructura no afecti a aquesta línia de visió.
Actualment, la inclusió d'aquest receptor en el CanSat no és un requisit obligatori del concurs, encara que molts equips ho fan, ja que aporta dades molt útils que s'envien a temps real per telemetria a l'estació de terra i facilita a més la localització de l'aparell després de l'aterratge.
Càmera fotogràfica Es pot incorporar al CanSat una micro càmera fotogràfica per fotografiar el que es desitgi durant el temps en què el CanSat està en l'aire. S'ha de tenir en compte que des de terra no es pot accionar la càmera quan el robot està en aire de manera que el microprocessador ha de ser qui ordeni a la càmera prendre una imatge.
Aquest és un exemple de càmera fotogràfica per CanSat:
CameraC328
Acceleròmetres Aquest sistema consisteix en un o diversos acceleròmetres en diferents eixos així com giroscopis. El conjunt d'acceleròmetres permet mesurar acceleracions en un o més eixos i fins i tot angulars segons el model que s'usi. Els acceleròmetres poden fer-se servir per recollir dades o per trobar la posició (integrant). L'ús d'acceleròmetres per aconseguir una posició es denomina sistema de navegació inercial (INS) i es fa servir en alguns models de CanSat, la precisió d'aquest sistema està subjecta a l'error de la posició inicial feta servir per calibrar els sensors i a l'error dels acceleròmetres en si.
L'avantatge d'aquest sistema és que no necessita cobertura GPS per funcionar pel que no perd mai el senyal dels satèl·lits. Un altre avantatge és que no li afecten les interferències electromagnètiques de cap tipus i no necessita tenir línia visual amb els satèl·lits pel que no és necessari situar-ho en la part superior.
Alguns dels acceleròmetres empleats són els següents:
ADXL345 LIS302
Brúixola electrònica Algunes vegades, per requisit de l'objectiu pel qual es dissenya el CanSat, és necessari conèixer el rumb que segueix aquest en cada moment (per exemple, per realitzar un descens controlat), en tal cas, una brúixola és un sensor molt petit i igual que una brúixola tradicional mesura l'angle entre la seva orientació i el nord, aquest angle és transmès al microprocessador mitjançant una diferència de potencial. El microprocessador interpreta el senyal entrant i actua en conseqüència.
D'aquesta manera, si es vol que el CanSat voli fins a una diana sense instal·lar GPS, s'instal·laria un sistema de navegació inercial i una brúixola electrònica que proporcionés el rumb. El microprocessador calcularia el rumb a seguir amb les coordenades de la diana i la posició actual (obtinguda del sistema de navegació) i compararia aquest rumb amb el rumb actual proporcionat per la brúixola.
Alguns models de brúixoles que s'utilitzen són:
CMPS03 HMC6352 HMC5843
Tipus de CanSat Principalment existeixen dos tipus: encara que s'inclou una tercera categoria per CanSats que no s'ajusten a cap de les dues primeres:
Telemetry És aquell CanSat que el seu objectiu principal és recollir i transmetre dades del vol i de condicions meteorològiques en temps real per ser processats per una estació de terra. Els CanSats d'aquesta categoria no utilitzen sistema de direcció, ja que el seu objectiu no és caure en un punt concret sinó recollir dades sobre el descens (que poques vegades és controlat). Dels sistemes esmentats en les seccions anteriors els més utilitzats són: baròmetre, termòmetre, GPS i càmera fotogràfica.
ComeBack La principal missió d'aquests és aterrar de forma controlada el més a prop possible d'una diana marcada per coordenades GPS. Aquests aparells poden guiar-se per una posició coneguda a través d'un sistema de posicionament per satèl·lit (GPS) o per un sistema de navegació inercial (INS). Aquesta posició s'envia al microprocessador que la compara amb la posició de la diana, a partir de l'anàlisi d'aquestes dades es calcula l'angle en què cal girar per dirigir-se a la diana i es donen les instruccions pertinents al sistema d'adreça. Aquest procés es va repetint de forma contínua per fer correccions si són precises. En aquest tipus d'aparells també s'emmagatzemen dades sobre el vol però atès que el nombre de sensors que acostumen a portar incorporats és menor, la informació és més escassa que en els CanSat de tipus Telemetry.
Un CanSat de categoria ComeBack porta sempre instal·lat un sistema de direcció que li permet maniobrar per orientar-se i desplaçar-se cap a l'objectiu fixat. Normalment aquest mecanisme és actuat per un o diversos servomotors controlats pel microprocessador de manera que el microprocessador gira els servomotors cap a un costat o un altre i el CanSat gira en conseqüència. Hi ha dos tipus principals de CanSat depenent de si porten incorporat un paracaigudes o parapent o un rotor i ales.
CanSats amb paracaigudes o parapents Aquests aparells porten generalment un sistema de direcció consistent en moure fils de la superfície sustentadora de forma asimètrica de manera que es generi una diferència de sustentació en l'eix longitudinal i el CanSat giri cap a un costat o un altre. La direcció mecànica és generalment bastant senzilla. Aquests aparells són difícils de governar amb vent a causa de la generalment baixa velocitat de descens i a la gran superfície sustentadora que porten incorporada.
CanSats amb ales o rotors Mecànicament molt més complexos i menys vulnerables a condicions atmosfèriques que els CanSats amb paracaigudes o parapents. Aquest tipus d'aparells són molt més complexos de governar i requereixen un sistema electrònic capaç de fer moltes més correccions per segon a causa de la seva major velocitat de descens.
Openclass En aquesta categoria es pot presentar qualsevol robot que no s'inclogui en cap de les dues anteriors categories. La majoria de CanSat que es presenten en aquesta categoria són robots en fase experimental o proves de sistemes nous respecte a altres dissenys i que encara no han estat provats (technology demonstrators).
Interès educatiu