Jak zmieścić satelitę w puszce po napoju? W konkursie CanSat to całkiem normalne pytanie. Zadanie uczestników polega na tym, by w sondzie wielkości puszki zmieścić wszystkie podstawowe systemy satelitarne: zasilanie, komputer pokładowy oraz moduł komunikacji. Brzmi jak spore wyzwanie – i dokładnie o to chodzi.
Dla drużyny WindRiders udział w CanSat to nie tylko konkurs, ale też przygoda z prawdziwą inżynierią. Ich pomysł jest ambitny: stworzyć eksperymentalną sondę, która potrafi samodzielnie nawigować nawet tam, gdzie nie działa GPS. Innymi słowy – zrobić coś, z czym czasem mają problem nawet nasze telefony, gdy próbujemy znaleźć drogę w centrum handlowym.
Sonda, która myśli w locie
Głównym elementem projektu jest CanSat sterowany przez sztuczną inteligencję. Po wypuszczeniu z powietrza sonda ma wylądować w miejscu docelowym, mimo że nie może korzystać z klasycznej nawigacji satelitarnej. Takie rozwiązanie może mieć bardzo praktyczne zastosowania. W przyszłości podobne technologie mogłyby pomóc np. w dostarczaniu pomocy medycznej do trudno dostępnych miejsc lub obszarów dotkniętych konfliktami. Jednocześnie projekt zahacza o jeszcze dalszą przyszłość – eksplorację kosmosu. Precyzyjne rozmieszczanie modułów infrastruktury, czy instrumentów badawczych na innych planetach to jedno z wyzwań przyszłych misji na Księżyc, czy Marsa. Technologie testowane przez młodych konstruktorów mogą być więc małym krokiem w stronę bardzo dużych planów.
Testy w warunkach zbliżonych do rzeczywistości
Zespół chce sprawdzić swoje rozwiązanie w możliwie realistycznych warunkach. Dlatego plan zakłada uwolnienie CanSata z rakiety lecącej z prędkością nawet 100–200 km/h. Sonda zostanie umieszczona w kontenerze, z którego wypadnie w trakcie lotu.
Po odłączeniu od kontenera CanSat rozkłada specjalny układ autorotacyjny i zaczyna kontrolowany spadek. W trakcie opadania system zbiera dane o położeniu, ruchu oraz działaniu układu sterowania, żeby sprawdzić, jak dobrze radzi sobie z utrzymaniem trajektorii – i to bez pomocy GPS.
Nawigacja bez GPS
Aby dotrzeć tam, gdzie trzeba, sonda musi wiedzieć, gdzie się znajduje. To szczególnie trudne w miejscach, gdzie infrastruktura nawigacyjna jest ograniczona lub nie istnieje. Zamiast polegać wyłącznie na GPS, WindRiders wykorzystują czujniki pokładowe oraz modele dynamiki lotu, które pozwalają przewidywać przyszłe pozycje sondy. Dodatkowo wykorzystują techniki uczenia maszynowego, aby poprawić działanie algorytmów nawigacji zliczeniowej i ograniczyć błędy pojawiające się podczas lotu. Krótko mówiąc – CanSat musi na bieżąco „domyślać się”, gdzie jest i dokąd leci. A wszystko to podczas spadania z dużą prędkością.
Jak działa CanSat?
Podczas misji sonda zbiera dane geolokalizacyjne i porównuje je z przewidywaniami sieci neuronowej. Po zakończeniu lotu wszystkie informacje są analizowane i wykorzystywane do dalszego trenowania modelu. Sterowanie lotem opiera się na silniku strumieniowym. Niewielkie impulsy strumienia powietrza są uruchamiane w odpowiednich momentach spadania – w zależności od aktualnej rotacji CanSata.
WindRidersDzięki temu sonda może delikatnie korygować swoją orientację i tor opadania bez użycia klasycznych powierzchni sterowych. Żeby zapewnić wysokie parametry transmisji radiowej ze stacją naziemną zespół zaprojektował autorski, adaptacyjny protokół komunikacji i zbudował własną antenę Yagi.
WindRidersDrużyna o sobie
WindRiders„Cansat to dla mnie bardzo ciekawe doświadczenie. Jak zaczynałam to umiałam trochę programować i miałam sporo wiedzy teoretycznej. Teraz lutuje, montuje prototypy, drukuje w 3D i ogólnie nauczyłam się mnóstwa praktycznych umiejętności, w tym także jak prowadzić tego typu projekt i że nie zawsze wychodzi tak jak chcemy. Poza tym przekonałam się na własne oczy jak ważna jest praca w zespole.” – Amelia
„Projekt WindRiders to dla mnie okazja by poznać cudownych ludzi, którzy też są zafascynowani inżynierią. Również pozwala mi on przelać najbardziej szalone pomysły w praktykę i zobaczyć jak się to sprawdza” – Szymon
„CanSat to dla mnie doświadczenie nie do zapomnienia. Zarówno współpraca w drużynie, jak i wiedza zdobyta podczas pracy nad tym projektem pozostaną ważnym momentem w moim życiu. Kiedy dołączyłem do projektu, byłem pod wrażeniem poziomu organizacji, wiedzy oraz zaangażowania całej drużyny. Praca w takim zespole daje dużą motywację do działania i rozwoju. Mam nadzieję, że będę mógł wnieść swój wkład w projekt oraz dużo nauczyć się od ekipy Wind Riders. Wierzę, że wspólna praca pozwoli nam osiągnąć dobre wyniki i zdobyć cenne doświadczenie.” – Jakub
„CanSat to świetna okazja do zapoznania się z prawdziwymi problemami inżynieryjnymi (m.in. rozmieszczaniem komponentów na bardzo małych płytkach PCB czy przeprowadzaniem testów jednostkowych). Uważam, że to doskonałe zderzenie teorii – gdzie wszystko działa – z praktyką, w której czasem trzeba odpuścić niektóre aspekty, aby projekt był możliwy do zrealizowania.” – Hubert
„Czuję, że praca w zespole WindRiders daje mi ogromną przestrzeń do rozwoju. Poznaję media społecznościowe, montaż materiałów oraz działania outreachowe z nowych, nieznanych mi perspektyw. Dużą wartością jest dla mnie współpraca. Wspólne planowanie działań oraz efektywna komunikacja sprawiają, że praca jest jeszcze bardziej satysfakcjonująca. Największą motywacją są jednak widoczne i zadowalające efekty naszej pracy.” – Marta
Prace zespołu można śledzić na ich profilu na platformie Instagram.
