Űrszemét
Ötletünk:
A technika fejlődésével a műholdak mérete is csökkent. Manapság már nano-,
piko- sőt femtokockákról (CubeSat) beszélhetünk, amelyek tömege rendre
kevesebb, mint 10 kg, 1 kg illetve 100 g. (Például a magyar egyetemisták által
épített MaSat-1 piko méretű volt.) Ezek történetesen nem járulnak hozzá
az űrszeméthez, hiszen alacsony pályán mozogva a légkör közegellenállása
folyamatosan fékezi őket, míg végül belezuhannak a sűrűbb légkörbe és
elégnek. Csakhogy ezzel elégetünk bennük sok olyan eszközt, amelyet újra
lehetne hasznosítani, pl. alapanyagokat kinyerni belőlük. Napjainkban egy
aktuális probléma a chiphiány, de ha visszahoznánk ezeket a kockákat a Földre,
azzal a környezetvédelmet is támogatnánk.
Ezért próbáltunk megtervezni a MI ŰrKukánkat, amely összegyűjtené a már
nem működő kockákat és visszatérne velük a Földre, majd újból begyűjtő
körútra indulna.
Az ŰrKuka – miután fellövés után ráállt egy olyan pályára, amin sok űrkocka
kering – begyújtja az oldalán lévő rakétákat és elindul a keringési iránnyal
szemben. (A rakétákat elég szakaszosan használni).
A rajta lévő – egy vagy több – távolságérzékelő (pl. lézeres szenzor) segítségével
figyeli az előtte lévő teret. Ezek forognak is egy kisebb tartományban (a
haladási iránytól számítva 90 fokkal jobbra és balra). Ha meghatározott
távolságon belül észlel egy tárgyat, akkor megközelíti azt.
Egy bizonyos távolságból megpróbál rádiókapcsolatba lépni a kockával.
Amennyiben az választ küld, akkor kikerülve azt, továbbrepül. (Manőverezni
úgy tudna, hogy az oldalán lévő hajtóművek el tudnak fordulni.) Ha az első
üzenetre nem jön válasz, még kétszer próbálkozik. Ha a kocka egyszer sem
reagál, akkor megkezdi a begyűjtését.
Ehhez első lépésként átfordul abba az irányba, amerre a kocka halad. Ezután
kitárul a hátulján két ajtó. Az egyiken egy LED-sor van függőlegesen, a másikon
– a fényforrásokkal szemben – fényérzékelők. Amennyiben ez a fénykapu a
kezdeti értékhez képest kevesebb fényt érzékel (a fényerősség értékeket
összeadva), akkor nagy valószínűséggel a kocka a két ajtó között van, így azok
lassú becsukódása még beljebb tessékeli a kockát.
Azonban nem szabad elfelejteni, hogy a Föld körül keringő testek sebessége
több ezer m/s. Pont emiatt jelentenek veszélyt, ha valamivel ütköznek. Tehát a
MI ŰrKukánknak is fel kell gyorsulnia közel ekkora sebességre, amikor befogja.
Megjegyzések:
Ez további üzemanyagot jelent. A kérdés pillanatnyilag nyitott: mi érné meg
jobban? Ha MI Űrkukánk is abba az irányba kering, mint a műholdak, csak
valamivel lassabban – ekkor valószínűleg kevesebb kockát tud elkapni, mint ha
szembe megy velük, ami viszont jóval több üzemanyagot igényel.
Ahhoz, hogy a rádiókapcsolat a valóságban működhessen, szükséges lenne egy
külön protokoll.
Működése:
A MI Űrkukánk felépítése:
Működésének lépései:
Modellünk:
A nyíló és záródó ajtók szemléltetése miatt egy papírdobozban rendeztük be a
MI ŰrKukánkat.
Az egyes lépéseket a megfelelő eszközökön külön-külön programoztuk és
teszteltük, majd végezetül egy Kitronik board segítségével egyesítettük őket. A
MI ŰrKukánk „esze” egy Micro:bit, ő vezérli a működést. A programozáshoz
grafikus programnyelvet használtunk.
1. videó: Figyelés: https://youtu.be/mTVoSNIhkNw
A videóban látható, amint a Kuka tetején elhelyezkedő UH-szenzor 10 fokonként elfordul egy szervómotor segítségével és minden helyzetben kijelzi a távolságot.
2. videó: Meglátás: https://youtu.be/kufxgg4EclI
Ha egy testet észlel bizonyos távolságon belül, akkor ezt jelzi (Cube). A program ekkor indítja el a megszólítást.
3. videó: Megszólítás: https://youtu.be/nYsRv0syOb4
Két űrkocka-modellünk közül az egyikben elhelyeztünk egy Microbitet, rajta egy rádióüzenetre váró programmal, míg a másik üres maradt - ő jelképezi a szemetet. A MI Kukánkba egy másik Microbit került. Az ezen futó program először sorsol egy számot, amit ki is jelez. Ezután egy rádióüzenetet küld ki és várja vissza ugyenezt a számot a kockától. Látható, hogy a kocka megkapja ezt a számot illetve az visszakerül a Kukában lévő Microbithez, aki ezt egy OK-kal nyugtázza.
Az üres kockától azonban nem jön vissza válasz, így megkezdődik a begyűjtése, amire a videóban a "Nyitás" felirat utal. A program itt fogja meghívni az azonos nevű függvényt, ami majd kinyitja az ajtókat.
5. videó: Fénykapu: https://youtu.be/hqao23mT5eI
Az ajtók nyitása után felkapcsolódnak a LED-ek. A videóban kijelzőn láthatjuk a 3 fényérzékelő által mért intenzitást illetve azok összegét. Kezdetben a LED-ek nem világítanak, majd gombnyomásra - vagyis az ajtók nyílása után - bekapcsoljuk őket. A program figyeli, hogy mikor áll be csökkenés ebben az összegben. A főprogram ekkor fogja meghívni az ugyanilyen nevű függvényt.
6. videó: Ajtók nyitása és zárása
Nyitás: https://youtu.be/Z1U_4WBSbtM
Zárás: https://youtu.be/qtgOoR4emTw
Erre a fent említett esetekben kerül majd sor. Itt ugyancsak gombnyomás helyettesíti a meghívást. A nyitás szervómotorokkal, míg a zárás normál (LEGO) motorral történik, utóbbi egy csigára tekeri vissza a damilt. Ezt a motort egy relé kapcsolja be a megfelelő pillanatban.
Ezen a képen jól láthatóak az ajtómozgató motorok. Lassan minden vezeték a helyére kerül a boardban. Feszültségforrásként két párhuzamosan kötött zsebtelepet használunk.
Animáció a működésről: https://youtu.be/f2Ten9XDB0E
Mivel a MI ŰrKukánk mozgását a modellel nem tudjuk szemléltetni, ezért egy animációt is készítettünk a működésről, amely ezt is bemutatja.