Un CanSat è un tipo di razzo sonda utilizzato per insegnare la tecnologia spaziale. È simile alla tecnologia utilizzata nei satelliti miniaturizzati. Nessun CanSat ha mai lasciato l'atmosfera, né ha orbitato intorno alla terra.
Nelle competizioni CanSat, il carico deve adattarsi al volume di una tipica lattina di soda (66 mm di diametro e 115 mm di altezza) e avere una massa inferiore a 350 g. Le antenne possono essere montate esternamente, ma il diametro non può aumentare fino a quando il CanSat non ha lasciato il veicolo di lancio. I CanSat sono lanciati da piccoli razzi ad altezza che varia a seconda della competizione. I CanSat sono dotati di un sistema di recupero, solitamente un paracadute, per limitare i danni e consentire il riutilizzo del CanSat. I CanSat sono utilizzati per insegnare la tecnologia spaziale, grazie al loro basso costo e al poco ingombro.
Storia
Nel 1998, circa 50 studenti e 12 università degli Stati Uniti e del Giappone si sono incontrati in un simposio alle Hawaii. È stato il primo "University Space Systems Symposium". Qui Bob Twiggs, professore emerito dell'Università di Stanford, propose l'idea iniziale di quelli che sarebbero poi diventati i progetti di nanosatellite.Robert J. Twiggs, / cansatws / programandabstract.pdf "Introducing New Challenges for Future Space Missions", International CanSat Workshop, February 23, 2007 L'idea era di lanciare nello spazio una struttura delle dimensioni di una lattina di soda. Il suo volume dovrebbe essere di circa 350 millilitri e la massa, circa 500 grammi. Questo portò ad un progetto iniziato nel 1999 chiamato ARLISS, che coinvolgeva per lo più università americane e giapponesi, effettuando il primo lancio l'11 settembre dello stesso anno e proseguendo ogni anno senza interruzioni; l'idea iniziale, ancora oggi prevalente, era quella di lanciare 3 satelliti da 350 millilitri, ovvero un satellite di maggiore volume. Il mezzo sarebbe stato un razzo capace di muovere 1,8 chili e di salire a metri, aprendo la porta a voli spaziali a basso costo di circa 400 dollari.R. Walker et al., "ESA Hands-on Space Education Project Activities for University Students: Attracting and Training the Next Generation of Engineers Space " , 14–16 April 2010. Nel 2000 le missioni erano molto diverse: ad esempio, calcolare l'apertura di un sistema di atterraggio utilizzando i dati forniti dal barometro o utilizzando un sistema GPS differenziale. Il progetto ha raggiunto un livello di maggiore complessità nel 2001, quando è stata aggiunta la categoria ComeBack, secondo la quale il satellite dovrebbe essere diretto ad un particolare bersaglio. Questa missione ha avuto molto successo e, nel 2002, gli studenti del laboratorio di robotica spaziale dell'Università del Tōhoku si sono avvicinati al bersaglio a 45 metri e, nel 2006, a 6 metri. L'interesse per questo tipo di satellite è cresciuto e si è diffuso. Nel 2003, l'Università di Tokyo ha messo in orbita due satelliti CubeSat, satelliti di dimensioni leggermente superiori ai CanSat, e di forma cubica. Negli ultimi anni sono state sviluppate diverse competizioni seguendo lo stesso concetto proposto dal Prof. Bob Twiggs e riflesso in ARLISS sia a livello nazionale che internazionale.
CanSat in Italia
Competizione Italiana In Italia viene svolta annualmente la fase nazionale dell'"European CanSat Competition" (vedi: "I concorsi"/"Europa" qui sotto). La fase nazionale, a cui si accede una volta passate le selezioni online, consiste nel primo lancio del CanSat e nella presentazione alla giuria dei dati raccolti e della missione lanciata. In questo campionato un CanSat deve rispettare i soliti requisiti (massimo 350 grammi di massa e dimensioni standard) e deve contenere a bordo 2 missioni distinte:
Missione primaria: comune a tutti i team (composti al massimo da 6 persone), consiste nel misurare durante la fase di discesa la temperatura e la pressione dell'aria e trasmetterle ad una ground station almeno una volta al secondo. Missione secondaria: diversa per ogni team, vince la più originale e con valore tecnico scientifico più alto.
In Italia i CanSat vengono lanciati dall'Associazione di Razzimodellismo ACME Italia a 1 km di altezza, mentre la giuria e gli organizzatori sono esterni e cambiano di anno in anno.
Solo un CanSat scelto dalla giuria come "Miglior CanSat Italiano dell'anno" passa alla fase europea.
Lanci privati Tommaso Schiesaro è stato il primo italiano ed europeo a lanciare un CanSat il cui obbiettivo non era quello di partecipare o vincere competizioni ma quello di raccogliere dati per ricerche scientifiche personali . Il primo CanSat è stato lanciato ad Ottobre 2022 a 356 metri di quota , ma lo stesso CanSat (ATSSat-2) è stato lanciato nuovamente ad Ottobre 2023 a 1500 metri , diventando così il più alto CanSat mai lanciato in Italia, il razzo vettore (di proprietà di un team che collabora con lui) diventerà inoltre il primo razzimodello costruito da studenti e lanciato da suolo italiano per quota e velocità raggiunta .
Funzionamento del CanSat Elementi principali Alcuni elementi sono comuni ad ogni CanSat:
Batteria Fornisce energia per il funzionamento di tutti i sistemi del robot e sono essenziali per qualsiasi robot o sistema elettronico, i più comunemente utilizzati per le sue prestazioni e il rapporto peso corrente-peso sono le batterie ai polimeri di litio (LiPo).
Microprocessore È il cuore del robot, in quanto è responsabile della ricezione dei segnali provenienti da sensori esterni (come l'altimetro, l'accelerometro o il trasmettitore) e li elabora per agire come programmato. La maggior parte dei microprocessori include o può includere una memoria interna per la memorizzazione dei dati, utile per memorizzare le informazioni provenienti da vari sensori durante il volo. Alcuni microprocessori commerciali utilizzati a questo livello sono:
Arduino MBed avr arm
Elementi secondari Oltre agli elementi di cui sopra, se ne possono aggiungere altri in funzione allo scopo della missione.
Barometro È costituito da una cella di misura della pressione che è collegata al microprocessore e invia un segnale con un valore di tensione in funzione della pressione percepita. Il microprocessore utilizza le condizioni atmosferiche standard per ottenere l'altitudine. Esempio di barometro utilizzato in dispositivi di questo tipo:
SCP1000
Termometro L'operazione che esegue è simile al barometro ma il segnale di tensione inviato al microprocessore dipende dalla temperatura misurata. Il microprocessore interpreta questo segnale assegnando un valore di temperatura. Questi sono esempi di termometri utilizzati:
MAX6675 TMP102
Modulo GPS (acronimo di Global Positioning System) è un sistema di posizionamento terrestre costituito da una rete satellitare in orbita intorno alla Terra che invia continuamente la propria posizione e il tempo di trasmissione. Da questi dati, il ricevitore triangola la sua posizione con tutti i satelliti disponibili per ottenere una maggiore precisione. Questa posizione viene inviata al microprocessore da una porta seriale come linea dati.
A livello di progettazione, i ricevitori GPS dovrebbero essere collocati in un luogo in cui la linea di visione dei satelliti sia il più possibile diretta, in modo da non essere fuori portata con questi ultimi durante il volo. In una struttura metallica CanSat, i ricevitori devono essere sempre posizionati dove la struttura non influisce su questa linea di visione.
Camera Una mini macchina fotografica può essere inclusa nel CanSat per fotografare qualsiasi cosa durante il tempo in cui il CanSat scende in aria. Tenendo presente che il CanSat non può ricevere ordini per far funzionare la macchina fotografica quando il robot è in aria, quindi il microprocessore deve essere quello che ordina alla macchina fotografica di scattare una foto. Questo è un esempio di macchina fotografica per CanSat:
CameraC328
Accelerometro Questo sistema è costituito da uno o più accelerometri in assi diversi. Tutti gli accelerometri a parte permettono di misurare le accelerazioni in assi coordinati. Gli accelerometri possono essere utilizzati per raccogliere dati o per determinare la posizione (per integrazione). I migliori accelerometri per determinare le posizioni sono chiamati INS (Sistema di Navigazione Inerziale). Questi sono utilizzati su alcuni modelli CanSat. L'incertezza di questo sistema dipende dall'errore di calibrazione dei sensori: i vantaggi di questo sistema vanno dal fatto che il GPS non è necessario, all'immunità alle interferenze magnetiche. Questo permette di avere più posizioni all'interno del CanSat. Alcuni degli accelerometri più utilizzati sono:
ADXL345 LIS302
Bussola elettronica A volte, è necessario conoscere la direzione che il CanSat sta seguendo (ad esempio, per effettuare una discesa controllata), nel qual caso un sensore bussola è un sensore molto piccolo che, come una bussola tradizionale, misura l'angolo tra la sua direzione e il nord. Questo angolo viene trasmesso al microprocessore attraverso una differenza di potenziale. Il microprocessore interpreta il segnale in ingresso e agisce di conseguenza. Quindi, se il CanSat dovesse arrivare ad un bersaglio senza usare un ricevitore GPS, questo sensore avrebbe un ruolo cruciale. Alcuni modelli di bussola utilizzati sono:
CMPS03 HMC6352 HMC5843
Tipologie di CanSat Ci sono principalmente due tipi di CanSat, anche se di solito viene aggiunta una terza categoria per quelle macchine che non rientrano nelle prime due:
Telemetria È quello il cui scopo primario è quello di raccogliere e trasmettere i dati delle condizioni di volo e meteorologiche in tempo reale per essere elaborati da una stazione di terra. I CanSat in questa categoria non utilizzano un sistema di governo in quanto il suo obiettivo non è quello di cadere in un punto particolare ma di raccogliere dati mentre esegue la discesa (che di solito non è controllata). Tra i sistemi menzionati nelle sezioni precedenti i più utilizzati sono: barometro, termometro, GPS e telecamera.
Ritorno Il compito principale è quello di atterrare in modo controllato il più vicino possibile ad un bersaglio contrassegnato da coordinate GPS. Questi dispositivi possono essere guidati dal GPS o da un sistema di navigazione inerziale. Questa posizione viene inviata al microprocessore che confronta la posizione del bersaglio dall'analisi di questi dati per calcolare l'angolo in cui dovrebbe girare per indirizzare il bersaglio e fornisce istruzioni adeguate al sistema di controllo. Questo processo viene ripetuto continuamente per apportare correzioni. Tali dispositivi memorizzano anche i dati sul volo, ma poiché il numero di sensori che li accompagnano è minore, le informazioni sono più scarse rispetto al tipo precedente. Un CanSat di tipo ComeBack ha sempre un sistema di pilotaggio che gli permette di manovrare, orientarsi e muoversi verso il bersaglio. Normalmente tale meccanismo è azionato da uno o più attuatori controllati dal microprocessore in modo che il servomotore ruoti da un lato o dall'altro e quindi ruoti CanSat. Esistono due tipi principali a seconda che CanSat incorpori un paracadute o ali o un rotore e ali.
CanSat con paracadute o parapendio Questi dispositivi hanno generalmente un sistema di sterzo costituito da filetti che si muovono asimmetricamente in modo da generare una differenza di portanza dell'asse longitudinale in modo che il CanSat ruoti in un modo o nell'altro. Utilizza una meccanica piuttosto semplice. Questi dispositivi sono difficili da governare a causa della velocità di discesa generalmente bassa e della grande superficie che lo solleva.
CanSat con ali o rotori