Explorer-2

в 17:01, , рубрики: diy или сделай сам, Гаджеты. Устройства для гиков, космос, марс, марсоход, робототехника, метки: , , ,

Explorer 2

Cпустя день после публикации статьи Explorer-1 (Мой «Спирит») я принялся разрабатывать следующую версию аппарата. По советам читательов, наметил, что необходимо добавить в Explorer-2:

1. Двусторонняя связь.
2. Камера
3. Дублирующиеся датчики.
4. Больше датчиков.
5. Вменяемый корпус.
6. Спящий режим.
7. Источник питания посерьёзнее захудалой «кроны».

Я рассчитывал всё это сделать за пару недель. Однако, в итоге разработка с нуля заняла целый месяц. Слишком много подводных камней выявлялось при каждом шаге.


Первым делом были приобретены необходимые датчики и комплектующие: Аналоговый термодатчик LM335Z, цифровой температурный датчик DS18B20, цифровой датчик температуры и влажности DHT11, фоторезистор VT93N1, датчик атмосферного давления BMP085 от фирмы Bosch, привод камеры — MG-90S.

1. Двусторонняя связь.

Это самый главный пункт, отличающий 1-ю версию от 2-й. Без двусторонней связи, управлять аппаратом по определению невозможно, а полностью полагаться на автоматику рискованно.
Первым делом, я наладил связь между двумя Ардуинами

Explorer 2

В теории это легко. Но на практике оказалось, что ардуина не обладает многозадачностью. То есть, одновременно принимать и отсылать данные она не может, каждый процесс надо вести отдельно. Выходом из ситуации оказался тайм-аут. Аппарат ждёт 7 минут поступления команды и, если она не поступила, отсылает свои данные (вот и пригодилась та самая задержка между «Марсом» и «Землёй»).

Аппарат отправляет данные в следующем виде:
1-я строка : /температура с аналогового термодатчика/влажность/температура с цифрового термометра
2-я строка : /температура с DHT11/давление/напряжение, поступающее на МК (микроконтроллер)

Принимать он может команды в виде байтов в кодировке ASCII, которые мы вводим в терминал как буквы (например, английская «P» принимается как 80). Список команд формировался по ходу разработки:

P — поворот панорамной камеры.
D — температура, считываемая с датчика внутри МК.
R — программная перезагрузка.
1 — открыть защитную крышку (не использовалась)
2 — закрыть защитную крышку (не использовалась)

2. Камера

С основной проблемой разобрался. Теперь стал вопрос, какую камеру использовать? Телефон, связанный с пк по Bluetooth/WiFi разрядится очень быстро. Поэтому, я решил использовать USB-веб камеру Presrigio.

Explorer 2

Да, она проводная. Однако, телеметрия передавалась всё равно по радио, так что «жульничеством» это не считаю. Видео захватывал через Debut Video Capture.
Камера была посажена на сервопривод и могла поворачиваться на 180 градусов, чтобы снимать панорамы.

Explorer 2

3-4 — Датчики

По сравнению с предыдущей миссией, этот аппарат обладал гораздо большим количеством датчиков. Правда, в конечном итоге закон «от идеи до реализации функционал сокращается» внёс свою лепту — я посчитал ненужным датчик наклона, газа и тепла. Датчик температуры был продублирован трижды.

5. Корпус

Картонная коробка — это в каком-то смысле удобно, но несерьёзно. С металлом я не особо дружу, а вот с деревом работать привычнее. Определившись с размерами, выпилил из куска фанеры вот такую коробку

Explorer 2

Explorer 2

В ней самой проделал отверстия под привод камеры и датчики.

6. Спящий режим

Для экономии энергии был введён спящий режим. Он реализовывался так: когда на фоторезистор падало мало света, аппарат переставал программную работу (прокручивался пустой цикл). Когда света достаточно, аппарат функционировал.

На фото сам фоторезистор

Explorer 2

7. Питание

Аппарат питался от шести пальчиковых батареек Duracell Power Check, дававших в сумме 9V.

Всё это дело я запаковал, протестировал, и в итоге получилось вот такое:

Explorer 2

Explorer 2

Explorer 2

Запуск

Перед самим запуском вдруг перестала работать связь. Диагностика показала, что неполадки кроются в цифровом термометре. Не было ни времени, ни сил с ним копаться, так что я его просто вырезал, как аппендицит. Так же, я посчитал ненужным элементом защитную крышку, накрывавшую датчики, так что её тоже убрал.
Гарантия работы аппарата — 2 дня (по предыдущей миссии). Работа была запланирована на 5 дней. Цель — составить погодные графики «Марса» и снять панорамы поверхности.
Как только всё было улажено, Explorer-2 отправился в путь — на подоконник.

Хронология полёта

День 1 (17.04)

Explorer-2 успешно приземлился. Первым делом были получены следующие данные — температура окружающей среды 15С, температура внутри корпуса 20С, влажность 39% и атмосферное давление 101619 Па. Так же был снят первый кадр с поверхности «Марса»:

Explorer 2

Спустя несколько минут была заснята первая панорама (панораму в более высоком разрешении смотреть тут):

Explorer 2

Панорама делалась на основе видео, захваченного с камеры в момент движения.

Связь с аппаратом поддерживалась не всегда. Я считывал данные «сеансами».
Где-то в 20:40 в терминал пришло оповещение о том, что Explorer перешёл в спящий режим:

Explorer 2

Так и закончился первый рабочий день. Проблем не возникло никаких, прям удивительно.

День 2 (18.04)

Панорама прошлого дня была заснята вечером, теперь мне захотелось сделать утреннюю. После считывания телеметрии я отдал команду на съёмку панорамы.

(Смотреть в более высоком разрешении)
Explorer 2

Вообще, всё работало настолько гладко, что было даже немного скучно. Всего-то подходи и забирай данные. Хотелось каких-то интересных ситуаций. И они, не заставили себя долго ждать.
Весь день я записывал показания. В конце дня, после ухода аппарата в спящий режим, усреднял и заносил в таблицу:

Explorer 2

День прошёл без сбоев. По идее, на следующий истекает гарантия работы аппарата (Explorer-1 погиб через 2 дня). Протянет ли вторая версия? Во всяком случае, заряд батареи за день не сильно уменьшился и повода для беспокойства не было.

День 3 (19.04)

Начал считывать телеметрию утром. Меня ждал сюрприз — напряжение на контроллере упало на 0,5В. Аналоговый датчик начал так же наращивать температуру, что свидетельствует о разряде(неполном) батареи. Датчики выдавали не соответствующие действительности показания. Чтобы их нормализовать, я провёл перезагрузку аппарата. Через несколько минут всё пришло в норму. Стало ясно — надо экономить энергию. Поэтому, панорамы я не снимал и никаких команд аппарату не присылал. Только считывал показания.
Через пару часов новь подключился к аппарату. поползла телеметрия, но тут бац… и оборвалась. Попытки установить связь провалились. Аппарат передал предсмертные строчки:

/89/49
/22/101790/4417

Последний снимок:

Explorer 2

И умолк. Навсегда.
Вскрытие показало, что батареи разрядились.

Explorer-2 после завершения миссии

Explorer 2

Было с одной стороны обидно, а с другой радостно. Обидно потому, что были планы на 5 дней, Хотелось получить более точные данные, приладиться к панорамам.
Радость же заключалась в том, что он отработал больше гарантии (3,5 дня). Работал он гораздо стабильнее своего предшественника. У меня получилось сделать то, что я хотел. Все поставленные задачи были выполнены.

По результатам работы Explorer — 2 были получены следующие графики:

Explorer 2
Explorer 2
Explorer 2

Что же дальше?

У меня есть два пути:

1. Разработка Explorer — 3
2. Сооружение симулятора кабины космического аппарата

Путь первый
Облик Explorer -3 у меня уже вырисовывается. На этот раз, аппарат будет оборудован сверлом для бурения почвы (аппарат будет на земле) и спектрометром, для анализа химического состава атмосферы и образцов, доставленных через сверло. На самом деле, спектрометр — не такая и сложная штука. Дифрацкионную решётку я уже приобрёл, а дальше дело за малым — надо сделать камеру из однородного материала и оборудовать её, к примеру, зажигалкой, чтобы сжигать образцы и анализировать спектр.
Но, своё предпочтение я отдаю второму пути.

Путь второй

Многие знают, что космонавты перед полётом тренируются на специальном тренажёре-копии настоящего аппарата. То есть, симулируется настоящий полёт. Оптимальным решением я выбрал кабину американского аппарата «Меркурий». Она одноместная и несложная по устройству, так же, известен набор функций и устройство панели управления. Я не знаю, что выйдет в конечном итоге, но должен получится как минимум симулятор орбитального полёта. Будет воспроизводится тряска от двигателей, панель контроля, ЦУП и т.д. Я уже изучаю детали полётов «Союзов», чтобы постараться максимально повторить процесс. Сама кабина будет симбиозом — что- то я возьму от «Меркурия», что-то от «Союза». Если всё пройдёт гладко, то будет добавлена стыковка с МКС, благо, осуществить это хоть сложно, но реально (в общем, не полечу в настоящий космос, так полечу в в свой).

Explorer 2

Explorer 2

Постройку кабины начинаю с июня. Надеюсь, осуществить всё задуманное получится.

Автор: blackhand911

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля