EXOSAT
2025 - 2026Üdítősdoboz méretű műhold (CanSat), amely méréseivel megállapítja, hogy az adott exobolygó környezete alkalmas-e emberi élet fenntartására.
Az eszközt nem tudjuk exobolygón tesztelni, ezért a Földön üzemeltetjük. Olyan bolygón, amelynek lakhatósága előzetesen ismert. Ha a szonda a mérései alapján lakhatónak minősíti a Földet, akkor a mérés a várt eredményt adta, ami igazolja a műszer helyes működését.
- Tömeg
- 342 g
- Ereszkedési sebesség
- 7,45 m/s
- Rádiófrekvencia
- 868 MHz
- Költség
- 344,20 €
Mi szükséges a túléléshez?
A gyakorlati megközelítéssel szemben idén egy elméleti témát dolgoztunk fel.
Az exobolygók olyan égitestek, amelyek a Naptól különböző csillagok körül keringenek, és a Földhöz több tulajdonságukban hasonlítanak.
A verseny rakétaindítása azt szimulálja, hogy a szondát beleejtjük egy exobolgyó légkörébe. Ereszkedés közben folyamatosan történnek mérések, hogy a légkör minden rétegéből kellő adatot gyűjtsünk.
Mi számít élhetőnek?
Az első lépés az "emberi életre alkalmas" definiálása volt. Ehhez gyűjtöttünk kellő szakirodalmat, majd meghatároztuk annak a kritériumait.
Oxigéntartalom20,9 %
Légnyomás1,0 atm
Gravitáció1,00 g
Ionizáló sugárzás2,4 mSv/év
Relatív páratartalom~50 % RH
Hőmérséklet~15 °C
BiztonságosKritikusVeszélyes
A szén-dioxidot és a szálló port (PM1 / PM2,5 / PM10) is mérjük, viszont ezek nem vizualizálhatóak határértékek alapján, mivel komplexebb jelenségekhez járulnak hozzá.
Struktúra
Az előző évi CanSat burkolaton alapuló struktúrája helyett idén az ExoSat teherviselő eleme egy merev fémkeret. Négy M5×114,5 csavar köti össze az alsó és felső lapokat, amelyekben nyomtatás során elhelyezett anyacsavarok vannak. Ez a fém alapú váz egy olyan zárt struktúrát hoz létre amely megfelelően viseli a mechanikai terhelést, és kellően védi és kiszolgálja a benne lévő további alkatrészeket.
Az alsó és felső lap, valamint a külső héj ABS műanyagból, FDM technológiával készült. A héj a két lap közé befogva rögzül, és elsősorban burkolati funkciót lát el: a két végén nagyobb falvastagságot hagytunk a szilárdság érdekében, középen viszont elvékonyítottuk a tömeg csökkentése céljából.
A váz tetején, közvetlenül a felső lap alatt alumínium X-merevítő közvetíti az ejtőernyő nyitásakor fellépő terhelést a vázszerkezetre. Ugyanez a merevítő tartja a főkapcsolót és az antennacsatlakozót is.
Az áramköri lapokat TPU távtartók pozicionálják a keretcsavarokon. Ezek csillapítják a vázról érkező rezgéseket, így csökken az áramköri lapokra és a forrasztási pontokra ható mechanikai terhelés.
Vezérlés és elektronika
A rendszer alapja egy ESP32-S3-MINI-1U. Minden érzékelő és alrendszer különböző szabvány buszokon csatlakozik a fő mikrovezérlőhöz. A hat nyáklapot egymás között függőlegesen szalagkábel köti össze.
Fő szempont volt az egyszerűség, a modularitás és a gyors iterációk. Minden panelen kellő körültekintéssel jártunk el a magasfeszültségű, magas frekvenciájú vagy analóg ágakkal.
0,39 W reális átlagfogyasztás mellett a cella nagyjából 24,5 órát bír. Legrosszabb esetben, a szenzoradatlapokon feltüntetett és általunk kimért maximum áramfelvétellel számolva is 7,6 óra üzemidőre képes, a versenykiírás pedig csupán 4 órát kér.
Áramfogyasztás küldetés üzemmódban
| Alrendszer | Feszültség | Áramfelvétel | Teljesítmény |
|---|---|---|---|
| ESP32-S3 | 3,3 V | 40 mA | 0,132 W |
| MAX-M10S | 3,3 V | 7,6 mA | 0,025 W |
| SCD41 | 3,3 V | 15 mA | 0,050 W |
| BMV080 | 3,3 V | 9 mA | 0,030 W |
| BME280 | 3,3 V | 0,7 mA | 0,002 W |
| LSM6DSL | 3,3 V | 1 mA | 0,003 W |
| HT-CT62 | 3,3 V | 12 mA | 0,040 W |
| I²C–UART converter | 3,3 V | 1 mA | 0,003 W |
| microSD | 3,3 V | 5 mA | 0,017 W |
| LuminOX O2 | 5,0 V | 7,5 mA | 0,038 W |
| Összesen, átalakítási veszteséggel | ≈ 0,39 W |
Sugárzásmérés
Az ionizáló sugárzás jelentős szempont az emberi élet szükségleteit tekintve. A szonda ezért egy kalibrált Geiger–Müller-csővel rendelkezik, ami béta és gamma sugárzást mér.
A cső feltétele a nagyfeszültségű áramellátás, működési elvből eredően. Ezt az eszközön belül magunk állítjuk elő, egy Cockroft-valton sokszorozóval.
Sugárdózis és hatása
| Dózis | Hatás az emberi szervezetre |
|---|---|
| 2,4 mSv/év | Természetes háttérsugárzás |
| 100 mSv/év | Bizonyítottan növeli a rák kockázatát |
| 1000 mSv / több nap | Akut sugárbetegség |
| 5000 mSv / több nap | Akut sugárbetegség, ~50 % halálozás |
| 10 000 mSv / több nap | Heteken belül halálos |
A fedélzeti szoftver
A fedélzeti kód megírásakor az egyszerűség volt a fő szempont. Bekapcsoláskor minden érzékelő áram alá kerül és lefuttat egy alap készenlétet igazoló tesztet. Ezután a programban három különböző, automatán kapcsolt módot különböztetünk meg, amelyek szenzoradatok és tesztelt küszöbök alapján működnek.
Rádió
A rádiókapcsolat tervezésekor a használt rádiófrekvencián és adó-vevő modulokon túl a legfontosabb, hogy a sugárzott adatmennyiség és sugárzott idő megfeleljen az NMHH eőírásainak.
Mivel a verseny elvárja, hogy bármikor képesek legyünk a fő tervezett rádiófrekvencián kívül más frekvenciára átállni, ezért elsősorban két rádiópanelt terveztünk, amelyek hotswap kompatibilisek a CanSatben. Amennyiben pedig last minute módosításról van szó, mindkét panelverzió képes kisebb hatásfokkal sugározni a másik frekvenciát.
Adásidő tervezet
| 868 MHz | 433 MHz | |
|---|---|---|
| Középfrekvencia | 868,2 MHz | 433,175 MHz |
| Sávszélesség | 250 kHz | 250 kHz |
| Szórási tényező | SF9 | SF11 |
| Adóteljesítmény | 14 dBm | 8 dBm |
| Megengedett időarány | < 1 % (36 s/óra) | < 10 % (360 s/óra) |
| Egy 66 bájtos csomag | 168,44 ms | 559 ms |
| 165 csomag repülés alatt | ≈ 28 s | ≈ 92 s |
| Számított hatótáv | 2,1 km | — |
A Földiállomás
A földi állomásunk csupán egy laptopból, egy 868MHz yagi antennából, és egy tartalék 433MHz GSM-antennából áll. Az antennákat gyárilag hangoltan vásároltuk majd VNA segítségével tökéletesen beálítottuk. Több laptopot tartunk készenlétben, kellően felszerelve hotswap készültséggel.
A vevőprogramnál a teljesen saját megoldást választottuk, Electron keretrendszerre épül, JavaScriptben. Egy helyen menedzseli a kommunikációt a CanSattel, adatot elemez, és további hasznos információkat szinkronizál online adatbázisból.
Tesztkampány
Az összes mechanikai tesztet február 6-ára sikeresen lezártuk. Ezalatt az ejtőernyőt és a struktúrát a versenykiírásban meghatározott értékekig teszteltük, kétszeres biztonsági zónával.
A tömeget és a méreteket szerelési fázisonként újramértük. A jobb oldali fotón a végleges összeállítás szerepelt 342 gramm tömeggel a megengedett 300–350 grammos sávban. Ezen több drónos ejtési tesztet végeztünk, amellyel bebizonyítottuk hogy az ereszkedési sebesség is megfelel az előírtaknak.
Idővonal
| Dátum | esemény |
|---|---|
| 2025. szept.–okt. | Kutatás a másodlagos küldetéshez |
| 2025. november | Nyáklayout és 3D-tervezés, szponzorok megkeresése |
| 2025. december | Nyákgyártás, szerkezet összeszerelése, közben a földi állomás és a fedélzeti kód |
| 2026. január | Összeszerelés befejezése, kódvéglegesítés, tartóssági és terheléses tesztek |
| 2026. febr. 6. | Minden mechanikai teszt lezárva, bemutattuk a projektet az egri Lenkey-napon |
| 2026. febr. 9. | Végleges rendszertesztek, Rádióhangolás, hatótávteszt |
| 2026. febr. 16. | CDR beadás |
Csapattagok
Tavalyhoz képest csupán négyen dolgoztunk a projekten, mind az egri Szilágyi Erzsébet Gimnáziumból, két mentorral. A becsült idő amit a projekttel töltöttünk több mint 3000 óra.
Bercsényi BenjáminSoftware designA fedélzeti és a földi állomás programozása
Helli BenceSoftware & Systems Design3D tervezés és szponzor kapcsolattartás
Gyulai KornélSystems Integration Coordinator, Chief Kókány InstructorFöldi állomás előkészítése, alkatrészbeszerzés és gyártás
Zsapka JózsefChief Engagement OfficerNyáktervezés, dokumentáció, szponzor kapcsolattartásMentoraink: Flaskay Miklós és Rázsi Botond Miklós.