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, [email protected].
Öğt.Gör., Hv.Tek.Okl.K.lığı, [email protected].
3
Yrd.Doç.Dr., Hv.Tek.Okl.K.lığı, [email protected].
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