ASL Sat 2

AEROSPACE LAB

ASL Sat 2 aus Baden-Württemberg

Abschlussbericht für den CanSat-Wettbewerb

21.09.2014

Signierung

Nadine Barth

Justus Dettki

Martin Gotthardt

Jonas Menzel

Lukas Schach

Golo Voelker

Uli Beyermann

Kevin Hendriks

Fabian Jaus

Marvin Schneider

1

Inhaltsverzeichnis

Signierung ........................................................................................................................................................................ 0

Inhaltsverzeichnis ......................................................................................................................................................... 1

Abbildungsverzeichnis ................................................................................................................................................ 3

Tabellenverzeichnis ..................................................................................................................................................... 5

Abschlussbericht ..................................................................................................................................... 7

1 Kurzbericht ............................................................................................................................................................ 8

2 Aufgabenliste ......................................................................................................................................................... 9

3 Detaillierter Statusbericht ............................................................................................................................ 12

Designdokument ................................................................................................................................... 18

4 Einleitung ............................................................................................................................................................. 19

4.1 Teamorganisation und Aufgabenverteilung ................................................................................ 19

4.2 Missionsziele ............................................................................................................................................. 24

5 Beschreibung des ASLSat 2 .......................................................................................................................... 26

5.1 Missionsüberblick ................................................................................................................................... 27

5.2 Mechanisches Design ............................................................................................................................ 28

5.2 Elektrisches Design ................................................................................................................................ 37

5.3 BeagleBone Black .................................................................................................................................... 51

5.4 Softwareentwurf ..................................................................................................................................... 54

5.5 Sensorik ...................................................................................................................................................... 56

5.6 Bergungssystem ...................................................................................................................................... 61

5.7 Bodenstation ............................................................................................................................................. 65

6 Spezifikation ....................................................................................................................................................... 67

6.1 Einführung ................................................................................................................................................. 67

6.2 Anwendbare und Referenz Dokumente ........................................................................................ 67

6.3 Verifikationsmethoden ......................................................................................................................... 67

6.4 Allgemeine Anforderungen ................................................................................................................. 68

6.5 Mechanische Anforderungen ............................................................................................................. 68

6.6 Thermale Anforderungen .................................................................................................................... 70

6.7 Elektrische Anforderungen ................................................................................................................. 70

7 Projektplanung .................................................................................................................................................. 72

7.1 Arbeitsstrukturplan ............................................................................................................................... 72

2

7.2 Arbeitspakete ........................................................................................................................................... 73

7.3 Zeitplan der CanSat Vorbereitung ................................................................................................... 74

7.4 Budget .......................................................................................................................................................... 75

7.5 Externe Unterstützung ......................................................................................................................... 76

8 Testkonzept ........................................................................................................................................................ 77

8.1 Geplante Tests .......................................................................................................................................... 77

8.2 Außentests ................................................................................................................................................. 79

8.3 Test: Modellraketenflug ....................................................................................................................... 82

8.4 Test: Segelflug .......................................................................................................................................... 84

9 Öffentlichkeitsarbeit........................................................................................................................................ 86

9.1 Vergangene Veranstaltungen ............................................................................................................. 86

9.1 Geplante Veranstaltungen ................................................................................................................... 90

9.2 Internetauftritte ...................................................................................................................................... 90

3

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Der fertige Prototyp ............................................................................................................................................................... 26 Abbildung 2: Datenflussdiagramm ............................................................................................................................................................. 27 Abbildung 3: Deckelplatte des Prototypen .............................................................................................................................................. 28 Abbildung 4: Verbindungsträger des Prototypens .............................................................................................................................. 29 Abbildung 5: Webcam Halterung des Prototypens ............................................................................................................................. 29 Abbildung 6: Beispiel der Qualität des 3D-Drucker ............................................................................................................................ 29 Abbildung 7: Akkuhalterung des Prototypens ...................................................................................................................................... 30 Abbildung 8: Webcam Halterung des Prototypens ............................................................................................................................. 30 Abbildung 9: Verbogener Verbindungsträger ....................................................................................................................................... 31 Abbildung 10: Verbogene Deckelplatte .................................................................................................................................................... 31 Abbildung 11: Bodenplatte ............................................................................................................................................................................. 32 Abbildung 12: Deckelplatte ............................................................................................................................................................................ 32 Abbildung 13: Verbindungsträger mit BBB ............................................................................................................................................ 33 Abbildung 14: Verbindungsträger mit Webcam ................................................................................................................................... 33 Abbildung 15: Akkuhalterung ....................................................................................................................................................................... 34 Abbildung 16: O2 Sensorkopfhalterung ................................................................................................................................................... 34 Abbildung 17: Flycam Halterung ................................................................................................................................................................. 34 Abbildung 18: GFK- Hülle ................................................................................................................................................................................ 35 Abbildung 19: Jonas beim Handfräsen der Akkuhalterung ............................................................................................................. 35 Abbildung 20: Gesamtschaltplan der Platine ......................................................................................................................................... 37 Abbildung 21: Sensorschaltung .................................................................................................................................................................... 38 Abbildung 22: Spannungswandler .............................................................................................................................................................. 39 Abbildung 23: Peilsender ................................................................................................................................................................................ 40 Abbildung 24: Layoutdesign .......................................................................................................................................................................... 41 Abbildung 25: Fräsen der Platine ................................................................................................................................................................ 41 Abbildung 26: Belichten der Platine ........................................................................................................................................................... 42 Abbildung 27: Ätzen der Platine .................................................................................................................................................................. 42 Abbildung 28: Abspülen der Platine ........................................................................................................................................................... 43 Abbildung 29: Zuschneiden der Platine .................................................................................................................................................... 43 Abbildung 30: Bestücken der Platine ......................................................................................................................................................... 44 Abbildung 31: xBee Platine ............................................................................................................................................................................. 45 Abbildung 32: BeagleBoneBlack (BBB) .................................................................................................................................................... 46 Abbildung 33: xBee Pro .................................................................................................................................................................................... 46 Abbildung 34: WLAN Modul .......................................................................................................................................................................... 46 Abbildung 35: Flycam One Eco HD.............................................................................................................................................................. 47 Abbildung 36: Webcam .................................................................................................................................................................................... 47 Abbildung 37: GPS-Modul ............................................................................................................................................................................... 47 Abbildung 38: Piezzo-Summer ..................................................................................................................................................................... 47 Abbildung 39: LiPo Akku ................................................................................................................................................................................. 48

4

Abbildung 40: Beschleunigungssensor ..................................................................................................................................................... 48 Abbildung 41: Temperatur- und Drucksensor ...................................................................................................................................... 48 Abbildung 42: USB- Verteiler ......................................................................................................................................................................... 49 Abbildung 43: O2 Sensor ................................................................................................................................................................................. 49 Abbildung 44: Bildqualität von H.264 ....................................................................................................................................................... 55 Abbildung 45: Struktogramm 1 .................................................................................................................................................................... 56 Abbildung 46: Struktogramm 2 .................................................................................................................................................................... 57 Abbildung 47: Struktogramm 3 .................................................................................................................................................................... 58 Abbildung 48: Struktogramm 4 .................................................................................................................................................................... 59 Abbildung 49: Struktogramm 5 .................................................................................................................................................................... 60 Abbildung 50: v/t - Diagramm ...................................................................................................................................................................... 63 Abbildung 51: Versuch mit dem Fallschirm im Windkanal ............................................................................................................. 63 Abbildung 52: Unser erster selbstgebastelter Fallschirm ................................................................................................................ 64 Abbildung 53: Unser Fallschirm für den CanSat Start ....................................................................................................................... 64 Abbildung 54: Arduino mit einem xBee-Modul .................................................................................................................................... 65 Abbildung 55: Bodenstation beim Segelflug ........................................................................................................................................... 79 Abbildung 56: Distanz der Telemetrie-Messung .................................................................................................................................. 80 Abbildung 57: GPS-Genauigkeit.................................................................................................................................................................... 80 Abbildung 58: Yagi-Antenne wird ausgerichtet auf den Schlossberg ......................................................................................... 81 Abbildung 59: Unser erster Prototyp beim Einbau ............................................................................................................................. 82 Abbildung 60: Kurz vor dem Raketenstart .............................................................................................................................................. 82 Abbildung 61: Abgerissener GND-Pin ....................................................................................................................................................... 83 Abbildung 62: Verbogene BBB Halterung ............................................................................................................................................... 83 Abbildung 63: Verbogene Deckelplatte .................................................................................................................................................... 83 Abbildung 64: Unsere Bodenstation .......................................................................................................................................................... 84 Abbildung 65: Der Prototyp wird im Segelflugzeug verstaut ......................................................................................................... 85 Abbildung 66: Segelfluglandung .................................................................................................................................................................. 85 Abbildung 67: AEROSPACE LAB auf der Yuri's Night im Planetarium Stuttgart ................................................................... 86 Abbildung 68: Vortrag auf der Bühne des DLR am Tag der offenen Tür ................................................................................... 87 Abbildung 69: Golo präsentiert dem Gewerbeverein unser Projekt ........................................................................................... 88 Abbildung 70: Frau Buschmann und Frau Wittkopp begutachten den ASL Sat 1 ................................................................. 88 Abbildung 71: Jonas stellt den beiden Frauen unsere bisherige Struktur in Solid Works vor ....................................... 89 Abbildung 72: Herr Fasoulas besucht das Jugendforschungszentrum ...................................................................................... 89

5

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Abschätzung der verbrauchten Leistung ........................................................................................................................... 50 Tabelle 2: Testplan ............................................................................................................................................................................................. 77 Tabelle 3: Verifikationsmatrix....................................................................................................................................................................... 78

6

Abkürzungsverzeichnis

BBB = BeagleBone Black

DLR = Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrttechnik Stuttgart

LiPo = Lithium-Polymer

GDSN = Ground Station Network

GND = Ground

VCC = Positive Spannung

HSS = High Speed Steel

CFK = Kohlenstoffverstärkter Kunststoff

GFK = Glasfaserverstärkter Kunststoff

IRS = Institut für Raumfahrsysteme

7

Abschlussbericht

8

1 Kurzbericht

Mit dem Verlauf der Entwicklung unseres Projekts sind wir sehr zufrieden. Fast alle Komplikati-onen auf die wir gestoßen sind, konnten wir erfolgreich aus dem Weg räumen oder eine andere Lösung finden.

Die Komponenten der Primärmission sind bearbeitet. Auch die Sekundärmission, in der wir uns zum Ziel gesetzt haben den molekularen Sauerstoff und die Beschleunigung zu messen, sowie Bilder und ein Video vom Flug zu erstellen sind zum gesetzten Zeitpunkt fertig geworden. Die Probleme mit dem Sender für die Ortung via DGSN konnten trotz großer Bemühungen leider nicht gelöst werden. Die Struktur wurde nach der Fertigung und den Tests der Prototypen über-arbeitet, da sie sich an einigen Stellen als zu instabil erwiesen hatte, außerdem wurden neue Komponenten eingebaut was eine Umstrukturierung erforderte. Die neue Struktur wurde gefer-tigt und bereits zusammengebaut.

9

2 Aufgabenliste

Im späteren Verlauf des Berichts sind die Arbeitspakete noch einmal genauer dargestellt, mit Daten sowie einer Beschreibung des Arbeitspakets. Diese finden sie unter dem Punkt 7.2. Auch der Zeitplan unter Punkt 7.3 verdeutlicht unsere Vorgehensweise.

Struktur:

Struktur erstellen – Abgeschlossen

Inneren Aufbau festlegen – Abgeschlossen

Struktur fertigen – Abgeschlossen

Struktur zusammenbauen – Abgeschlossen

Hülle GFK fertigen –Abgeschlossen

Sensorik:

Auswahl Temperatursensor analog – Abgeschlossen

Auswahl Temperatursensor I2C – Abgeschlossen

Auswahl Drucksensor – Abgeschlossen

Auswahl Beschleunigungssensor – Abgeschlossen

Beistellung O2 Sensor – Abgeschlossen

Auswahl Flycam – Abgeschlossen

Auswahl Webcam – Abgeschlossen

Kalibrierung Temperatur I2C – Laufend

Kalibrierung Temperatur – Laufend

Kalibrierung Druck – Laufend

Kalibrierung Beschleunigung – Abgeschlossen

Elektronik:

Auswahl des Prozessorboards – Abgeschlossen

USB-Kabel löten – Abgeschlossen

USB-Hub löten – Abgeschlossen

USB-Hub Auswahl – Abgeschlossen

10

Schaltung Druck – Abgeschlossen

Schaltung Temperatur analog – Abgeschlossen

Schaltung Temperatur I2C – Abgeschlossen

Schaltung Beschleunigungssensor – Abgeschlossen

Schaltung O2 Sensor – Abgeschlossen

Schaltung DC/DC – Abgeschlossen

Hauptplatine fertigen – Abgeschlossen

Hauptschalter erstellen – Abgeschlossen

Software:

Programm Temperatursensor – Abgeschlossen

Programm Temperatursensor I2C – Abgeschlossen

Programm Drucksensor – Abgeschlossen

Programm Beschleunigungssensor – Abgeschlossen

Programm GPS – Abgeschlossen

Programm xBee – Abgeschlossen

Programm WLAN – Abgeschlossen

Programm O2S – Abgeschlossen

Programm Webcam – Abgeschlossen

Programm Flycam Aktivierung – Abgeschlossen

Programm Zeitschritte aufzeichnen – Abgeschlossen

Programm Spannung messen –Eingestellt

Programm Datenmanagement – Eingestellt

Erstellung Masterprogramm – Abgeschlossen

Auswahl des Betriebssystems – Abgeschlossen

Auswahl der Programmiersprache – Abgeschlossen

Funkverbindung:

xBee – Abgeschlossen

WLAN – Abgeschlossen

11

Stromversorgung:

Auswahl des Akkus – Abgeschlossen

Regelung der Akkuspannung (DC/DC) – Abgeschlossen

Bergungssystem:

Auswahl GPS – Abgeschlossen

Auswahl des Fallschirms – Abgeschlossen

Anbringung des Fallschirms – Abgeschlossen

Struktur des Fallschirms – Abgeschlossen

Berechnung des Fallschirms – Abgeschlossen

Test des Fallschirms – Abgeschlossen

Sonstiges:

Missionpatch erstellen – Abgeschlossen

Tests durchführen – Laufend

Dokumentation – Abgeschlossen

Öffentlichkeitsarbeit – Laufend

Dokument Arbeitspakete – Abgeschlossen

Zeitplan – Abgeschlossen

Arbeitsstrukturplan – Abgeschlossen

Spezifikation – Abgeschlossen

12

3 Detaillierter Statusbericht

Nach der Bekanntgabe der teilnehmenden Teams, beschäftigten sich Nadine Barth und Greta Zweigart mit der Öffentlichkeitsarbeit und schrieben einen Bericht für die ortsansässige Zeitung „Gäubote“, sowie für die Homepage des AEROSPACE LABs. Da wir zu Beginn des Projekts bereits Erfahrung mit dem Bau einer Nutzlast hatten (Mitflug bei der CVA Summer School beim DLR Lampoldshausen im August 2013), konnten wir die Komponenten zum Bau des Dosensatelliten schnell auswählen. Innerhalb von wenigen Wochen bestellten wir die Sensoren für Temperatur, Druck (Sensor BMP085) und Beschleunigung (ADXL345). Die Sensoren des Cansat Kits werden nicht verwendet. Doch auch die Auswahl der Akkus viel Golo Voelker leicht. Unter Berücksichti-gung von Gewicht, Größe, Kapazität, Spannung und C-Faktor wählte er die „LIPO Star Turbo 7,4 V/450 mAh“ aus.

Schon zu Beginn mussten wir feststellen, dass es recht schwierig ist, alle Teammitglieder auf dem gleichen Stand zu halten. Um das zu erreichen, errichteten wir auf unserem Server im AEROSPACE LAB eine eigene Cloud, ähnlich zu Dropbox. Damit halten wir alle Teammitglieder auf dem gleichen Stand, auch wenn diese zu Hause arbeiten und erreichen gleichzeitig eine hohe Sicherheit unserer Daten.

Relativ früh war uns klar, dass wir neben der Telemetrie bestehend aus Temperatur, Druck und Beschleunigungsmessung auch Bilder oder gar ein Video aufzeichnen wollen. Da wir die „Flyca-mOne eco HD“ bereits bei unserer Nutzlast vom DLR School Lab verwendet hatten, kannten wir die Vor- und Nachteile und beschlossen diese zu verwenden, sowie zusätzlich die „Logitech HD Pro Webcam“ einzubauen.

Das xBee als Funkverbindung zu verwenden war auch relativ schnell entschieden, da bei unse-rer vorigen Mission mit dem xBee alles wunderbar funktioniert hatte. Als nächstes stand die Entscheidung des Prozessorboards aus. Da uns jedoch weder die Leistung des Arduinos, noch des bereitgestellten Prozessorboards ausreichen, mussten wir uns nach einer anderen Alterna-tive umschauen. Unsere Entscheidung fiel auf das „BeagleBone Black“ (BBB), da es eine größere Rechenleistung, mehr I/O-Pins, einen größeren Speicher sowie einen integrierten SD-Karten Slot besitzt. Außerdem läuft Linux auf dem BBB was bedeutend mehr Möglichkeiten der Program-mierung bietet.

Da nun die meisten wichtigen Komponenten vorhanden waren, beschäftigten wir uns mit der Verbindung des BBB mit dem Akku und dem xBee. Hier standen wir vor dem Problem, dass das

13

xBee Funkmodul nicht direkt auf das BBB ausgelegt ist. Trotz dessen schaffte Martin Gotthardt es, die Verbindung zwischen xBee und BBB herzustellen. Da das BBB nur 5 V benötigt und unser Akku 7,4 V liefert, kümmerte sich Golo Voelker um einen Spannungswandler (DC/DC- Wandler). Das vorinstallierte Ångström auf dem BBB wurde von Justus Dettki durch Ubuntu ohne grafische Oberfläche ersetzt. Der Grund hierfür liegt in der größeren Community bei Ubuntu, sowie mehr Programmen die wir nutzen können. D.h. bei Problemen sollten wir einfacher Hilfe finden.

Lukas Schach beschäftigte sich in dieser Zeit mit dem Auslesen der Sensoren. Dies stellte sich jedoch als schwieriger heraus als gedacht, da sich die Ansteuerung unter C als sehr schwierig erwies und konkretes Wissen der internen Hardwarekommunikation nötig gewesen wäre. Lösen konnten wir dieses Problem nur durch Wechseln der Programmiersprache, weshalb wir auf Python umstiegen. Hinzu kommt, dass es für Python entsprechende Hilfestellungen im Netz gibt. Mittels Python können wir die I2C Schnittstelle über Hexadezimal Adressierung auslesen.

Jonas Menzel und Nadine Barth beschäftigten sich lange mit dem CAD-Programm SolidWorks. Es waren bereits rudimentäre Grundkenntnisse vorhanden. Dieses Wissen wurde im Verlauf des Projekts vertieft und die Komponenten für den Dosensatelliten in SolidWorks erstellt. Die größte Hürde hierbei bestand darin, alle gewünschten Komponenten in dem doch sehr begrenzten Bau-raum unterzubringen, mitsamt Halterungen.

Auf der Yuris Night im Stuttgarter Planetarium am 12.4.2014 stellten Justus Dettki, Golo Voelker und Uli Beyermann unser Projekt im Zusammenhang mit dem CanSat Wettbewerb vor. Darüber schrieben wir wieder einen Bericht für die Zeitung und die Webseite des Aerospacelabs.

Danach beschäftigte Nadine Barth sich mit der „FlyCam One Eco HD“. Darunter fielen Punkte wie die Ansteuerung der Kamera, welchen sie mit Justus Dettki behandelte, das Speichern des Videos sowie die Erstellung eines CAD Modells der Flycam.

Um eine vernünftige Hauptplatine zu erstellen, schauten sich Uli Beyermann und Golo Voelker nach einem geeigneten Programm zum Erstellen von Schaltplänen um und stießen auf des Freeware Programm „Eagle“, in welches sie sich in den darauf folgenden Treffen gemeinsam einarbeiteten. Dies war erforderlich, um die vielen Einzelschaltungen sinnvoll auf einem mög-lichst kleinen Raum unterzubringen.

Lukas Schach stieß bei ersten Praxistests mit dem Temperatursensor auf Probleme. Zwar lieferte der Sensor stetig Werte. Jedoch waren diese nicht zuverlässig und zusätzlich bereitete die Umrechnung der ausgegeben Werte in °C Schwierigkeiten.

14

Bei einem ganztägigen Treffen mit anschließendem gemeinsam Grillen und Motivationstraining zur Teambildung, beschäftigten sich Lukas Schach und Fabian Jaus mit der 2-Punkt Kalibrierung des Temperatursensor bei 10° und 18°. Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse konnten sie durch Interpolation eine Korrekturfunktion einprogrammieren.

Justus Dettki beschäftigte sich währenddessen mit der optimalen Einrichtung des BBB.

Nadine hat inzwischen eine Lösung für das Problem bei der „FlyCam One Eco HD“ gefunden und gab diese Informationen an Martin Gotthardt weiter, so dass dieser den Ansteuerungsbefehl für das Einschalten der Flycam in den Code einbetten konnte, nachdem er es geschafft hatte den Beschleunigungssensor über I2C anzusteuern.

Nach einer Besprechung von Golo Voelker mit Lukas Schach, Fabian Jaus und Martin Gotthardt machte sich Golo Voelker daran, den Schaltplan für den Temperatur und Beschleunigungssensor zu erstellen, ihn in Eagle zu zeichnen und zu entflechten und schließlich mit der Hilfe von Nadine Barth in SolidWorks einen Gravierplan zu konstruieren. Beim Versuch diesen zu fräsen stellten wir fest, dass die CNC Fräse defekt war, was unseren Zeitplan um mehrere Wochen zurück wirft. Die Reparatur war geplant und bis zu unserem ersten Test sollte diese voraussichtlich wieder in Betrieb sein.

Justus informierte sich über einen Livestream zwischen dem BBB und dem PC über den die Bil-der der Webcam übertragen werden sollen.

Nach dem Erhalt des Sensors für molekularen Sauerstoff (O2S) sowie der dazugehörenden Do-kumentation wurde er von Lukas Schach untersucht um notwendige Voraussetzungen für den Betrieb herauszufinden.

Jonas Menzel bereitete den von ihm herausgesuchten USB-Hub für die Verkleinerung (Demon-tierung der Verkleidung, Ablöten der USB-Ports) vor.

Golo Voelker kümmerte sich derweil um die Spannungsregulierung von 7,4V auf 5 V mit Hilfe eines Linearwandlers. Diese Version musste jedoch aufgrund der zu hohen Wärmeentwicklung und dem daraus resultierenden Energieverlust wieder verworfen werden. Gelöst wurde das Problem mithilfe eines Pegelwandlers, der die Spannung bei einer Effizienz von 96% umwan-delt, ohne eine allzu hohe Wärmeentwicklung vorzuweisen.

Nach der Einarbeitung von Justus Dettki in den Livestream zwischen BBB und PC beschäftigte er sich mit dem GPS-Modul, welches Golo Voelker davor einsatzfertig gelötet hat. Nach dem Löten am GPS-Modul beschäftigte dieser sich mit der Verkleinerung des USB-Hubs. Leider gab es ext-reme Probleme mit dem Entfernen der SMD Pins des Micro USB-Hubs. Als er es geschafft hatte,

15

erstellte er die Schutzschaltung für den O2 Sensor. Danach fügte er in Eagle alle Schaltpläne zu einem einzigen zusammen.

Nadine Barth verlötete in der Zwischenzeit die USB-Buchsen, damit der Anschluss an den USB-Hub korrekt funktioniert. Danach beschäftigte sie sich mit dem Zwischenbericht.

Während des kompletten Projekts beschäftigte sich Jonas Menzel fast ausschließlich mit der Konstruktion in Solid Works und der Befestigung der Platinen, der Kameras und des BBB.

Das Programm um den Beschleunigungssensor auszulesen wurde von Martin Gotthardt fertig-gestellt. Auch stellte er Fluss- und Blockdiagramme zu sämtlichen Programmen her.

Lukas Schach kalibrierte den Temperatur und den Drucksensor und fand heraus, dass die Tem-peraturungenauigkeit bei 0,1 K liegt. Auch den analogen Sensor testete er erfolgreich und spei-cherte das Programm auf dem BBB. Nach genauer Betrachtung des Schaltplans stellte er fest, dass das Microcontrollerboard für den O2 Sensor einen internen Spannungswandler besitzt. Damit wurde die Schutzschaltung für den O2 Sensor überflüssig. Martin beschäftigte sich wäh-renddessen mit der Ansteuerung des xBees in einem Python Programm.

Golo Voelker kümmerte sich in der Zwischenzeit um den DC/DC Wandler und testete ihn erfolg-reich.

Für den anstehenden Raketenflug begannen wir nun unseren ersten Prototypen zu fertigen. Zum Glück war die CNC-Fräse in der Zwischenzeit repariert worden und Jonas Menzel begann die Struktur zu fräsen während Golo Voelker die Hauptplatine ätzte und lötete. Auch das Endpro-gramm wurde von Lukas Schach, Justus Dettki und Martin Gotthardt erfolgreich erstellt bzw. zusammengeführt. Zusätzlich updateten sie das BBB um das Endprogramm ausführen zu kön-nen.

Natürlich wurden mehrmals Fehler behoben und die Struktur nochmals verbessert, damit xBee und WLAN-Stick richtig in die Struktur eingesetzt werden können. Auch ein Fehler, bei dem nur entweder das GPS Modul und das xBee, oder der Analoge Temperatursensor funktioniert wurde durch austauschen der Bibliothek behoben. Letztendlich wurde die Struktur erfolgreich zusam-mengebaut und der Hauptschalter montiert.

Am 6. August testeten wir bei einem Raketenstart in Lampoldshausen den Prototypen (Siehe Bericht Lampoldshausen). Außerdem bekamen wir bei dieser Gelegenheit eine Führung übers Werksgelände des DLRs. Danach ging es an die Verbesserung des Prototypens, da uns durch den Raketenstart viele Fehler offenbart wurden. Jonas Menzel und Golo Voelker analysierten alle Fehler (Siehe Fehleranalyse Lampoldshausen).

16

Martin Gotthardt löste im Anschluss alle bekannten Fehler auf dem BBB und überarbeitete das Programm für das GPS-Modul und die Flycam. Doch dann eröffnete sich ein weiteres Problem mit dem BBB, da die SD-Karte im laufenden Betrieb nicht erkannt werden konnte. Mit dem Be-fehl „mount –a“ löste Lukas Schach das Problem. Auch schaffte er es, die Daten des O2 Sensors auszulesen, auch wenn die Daten noch keinen Sinn für uns ergaben. Er vermutete unter den verwirrenden Daten eine falsche Baudrate.

Golo Voelker musste währenddessen mit dem Problem kämpfen, dass das BBB den I2C Sensor auf der Platine nicht erkennt. Er vermutete einen Kurzschluss und ätzte zur Sicherheit gleich zwei neue Hauptplatinen. Danach war das Problem gelöst.

Der Sender für das DGSN, der auf den neuen Hauptplatinen erstmals komplett aufgebaut wurde, funktionierte leider nicht wie erwartet. Nachdem Golo Voelker die Schaltung und alle Lötstellen überprüft hat, wurde schnell klar, dass etwas an dem Signal selbst nicht stimmt. Mit dem neuen Oszilloskop des AEROSPACE LABs konnten Golo Voelker und Uli Beyermann schnell klären, dass das Signal zu stark gestört wird, wahrscheinlich durch das BBB. Dieses Problem hätten wir nur durch eine komplette Überarbeitung der Hauptplatine lösen können. Das war aber aufgrund unseres jetzt knappen Zeitplans nicht mehr möglich.

Lukas Schach und Justus Dettki versuchten längere Zeit das WLAN-Modul zum Laufen zu brin-gen. Es funktionierte prinzipiell auch alles, doch das BBB erhielt im WLAN-Netzwerk keine IP-Adresse. Dieses Problem lösten sie durch ein Ad-hoc-Netzwerk zwischen dem BBB und dem Laptop. Damit funktionierte erstmals ein Livestream der Webcam in Full HD.

Golo Voelker und Nadine Barth versuchten sich zwischenzeitlich am Fallschirm und testeten den bereits vorhandenen Fallschirm im Windkanal des AEROSPACE LAB. Sie kamen auf eine Fallge-schwindigkeit von 7 m/s. Aufgrund der neuen Anforderungen von 15 m/s berechneten wir den Fallschirmradius neu und kamen auf einen Radius von 8 cm. Da es jedoch keinen Fallschirm mit einem so kleinen Radius zu kaufen gibt, beschlossen wir, in den bereits vorhandenen Fallschirm ein Loch zu schneiden, bis wir bei einer Fallgeschwindigkeit von 15 m/s sind.

Auch begannen langsam aber sicher alle am Endbericht zu arbeiten, während Justus Dettki und Lukas Schach letzte Probleme mit dem BBB lösten. Das BBB bootete oft nicht, was daran lag, dass unterschiedliche SD-Karten verwendet wurden. Letztendlich beschlossen wir, die SD-Karten nicht mehr auszutauschen und dem BBB eine SD-Karte zuzuordnen und diese für nichts anderes mehr zu benutzen. Damit war das Problem gelöst.

Am 14.09 war dann noch ein Test mit dem Segelflugzeug geplant, woraufhin wir den zweiten Prototypen erstellten und zusammenbauten (Siehe Bericht Segelflugzeug).

17

Im Anschluss kümmerten wir uns erst einmal um das xBee, da wir beim Segelflug keine Verbin-dung hatten herstellen können. Doch Martin Gotthardt bekam dieses Problem schnell in den Griff. Mit zwei weiteren Außentests, kamen wir mit dem xBee auf eine Reichweite von über 1,2 km.

Währenddessen beschäftigte sich Nadine Barth mit dem Fallschirm und testete ihn im Windka-nal. Letztendlich bastelten wir uns selbst einen Fallschirm, der einwandfrei funktioniert.

Auch der Abschlussbericht wurde langsam aber sicher von allen fertig gestellt.

Nach dem aktuellen Stand funktionieren GPS-Modul, I2C Sensor, O2 Sensor, Analoger Tempera-tursensoren, Beschleunigungssensor, xBee und die WLAN-Verbindung. Bei Letzterem gibt es noch ein Problem mit der Reichweite, das wir durch den Bau einer Richtantenne lösen wollen.

Ansonsten sind wir jedoch mit unseren bisherigen Ergebnissen vollkommen zufrieden.

18

Designdokument

19

4 Einleitung

Nachfolgend wird unser Team vorgestellt. In den Steckbriefen werden sowohl die Interessen als auch die Zukunftspläne vorgestellt und der Aufgabenbereich genannt. Außerdem gibt es einen ersten Überblick über die Missionsziele, die in den restlichen Kapiteln detailliert werden.

4.1 Teamorganisation und Aufgabenverteilung

Da das AEROSPACE LAB ein Jugendforschungszentrum ist, verbringen die Schüler in der Schule keine Zeit mit dem Projekt. Treffen finden jeden Montag und jeden Donnerstag nach der Schule statt und in den Ferien oft täglich. Organisiert werden diese über Facebook und Whatsapp.

Am Anfang des Projektes durfte sich jeder Schüler selbst aussuchen, in welchem Teilbereich er oder sie arbeiten wollte. Die Vorliegenden Arbeitspakete sollten hierbei natürlich in der inhaltlich korrek-ten Abfolge bearbeitet werden. Natürlich gibt es Anregungen von den Betreuern durch Aufzeigen des Arbeitsumfanges eines Arbeitsbereiches, seinen Nahtstellen mit anderen Arbeitspaketen und seinen technischen, mathematischen oder sonstigen Voraussetzungen, ob derjenige sich diesem Arbeitsbe-reich wirklich widmen möchte. Wenn das benötigte Wissen zur erfolgreichen Bearbeitung eines Ar-beitspaketes nicht vorhanden ist, wird dieses entweder selbst erarbeitet oder wenn dies nicht erfolg-reich ist, durch die Betreuer vermittelt.

Durch die Liste der Arbeitspakete kann jeder Teilnehmer mit einem einfachen Blick erkennen, welche Arbeitspakete noch bearbeitet werden müssen und welche schon erledigt, beziehungsweise in Bear-beitung sind.

Nachfolgend finden sich die Steckbriefe der Teammitglieder.

Schüler:

Name: Golo Voelker Alter: 17 Schule: Schickhardt- Gymnasium- Herrenberg Interessen: Chemie, Physik, Informatik, Ethik Zukunftspläne: Verfahrenstechnik, Luft und

Raumfahrttechnik, Geologie Aufgabenbereich: Elektronik Arbeitspakete: Siehe Liste der Arbeitspakete Zeitaufwand: Jede Woche 8 Stunden und in den Ferien

täglich

20

Name: Jonas Menzel Alter: 17 Schule: Schickhardt-Gymnasium Herrenberg Interessen: Chemie, Physik, Segelfliegen, CAD Zukunftspläne: Pilot Aufgabenbereich: Struktur Arbeitspakete: Siehe Liste der Arbeitspakete Zeitaufwand: Jede Woche 6 Stunden und in den Ferien

Name: Justus Dettki Alter: 17 Schule: Schickhardt-Gymnasium Herrenberg Interessen: Physik, Chemie, Technik Zukunftspläne: Luft und Raumfahrttechnik,

Maschinenbau, Physik Aufgabenbereich: Elektronik/Software Arbeitspakete: Siehe Liste der Arbeitspakete Zeitaufwand: Jede Woche 3 Stunden und in den Ferien

Name: Martin Gotthard Alter: 16 Schule: Schickhardt Gymnasium Herrenberg Interessen: Chemie, Physik, Informatik Zukunftspläne: Luft- und Raumfahrttechnik Aufgabenbereich: Software Arbeitspakete: Siehe Liste der Arbeitspakete Zeitaufwand: Jeden Montag 3 Stunden und in den

Ferien

21

Name: Lukas Schach Alter: 18 Schule: Schickhardt-Gymnasium-Herrenberg Interessen: Chemie, Physik, Informatik Zukunftspläne: Luft und Raumfahrttechnik, Informatik,

Physik Aufgabenbereich: Software und Sensorik Arbeitspakete: Siehe Liste der Arbeitspakete Zeitaufwand: Jede Woche 3 Stunden und in den Ferien

Name: Nadine Barth Alter: 18 Schule: Gottlieb-Daimler-Schule 2 Profilfach

Umwelttechnik Interessen: Mathematik, Umwelttechnik

(Elektrotechnik und Thermodynamik), Chemie

Zukunftspläne: Elektrotechnik, Informatik, Technische Kybernetik

Aufgabenbereich: Struktur, Dokumentation Arbeitspakete: Siehe Liste der Arbeitspakete Zeitaufwand: Jeden Montag 3 Stunden und in den

Ferien

Name: Greta Zweigart Alter: 15 Schule: Schickhardt-Gymnasium-Herrenberg Interessen: Chemie, MINT Zukunftspläne: Medizin Aufgabenbereich: Elektronik, Design Arbeitspakete: Siehe Liste der Arbeitspakete Zeitaufwand: Jeden Montag 2 Stunden

22

Betreuer:

Name: Fabian Jaus Alter: 22 Studium: Luft- und Raumfahrttechnik, Uni Stuttgart Aufgabenbereich: Betreuer Zeitaufwand: Jeden Montag 3 Stunden und in den

Ferien

Name: Kevin Hendriks Alter: 21 Studium: Luft- und Raumfahrttechnik, Uni Stuttgart Aufgabenbereich: Betreuer Zeitaufwand: 3 Stunden pro Woche und in den Ferien

täglich

Name: Marvin Schneider Alter: 25 Studium: Luft- und Raumfahrttechnik, Uni Stuttgart Aufgabenbereich: Betreuer Zeitaufwand: In den Ferien

23

Name: Uli Beyermann Alter: 33 Studium: Luft- und Raumfahrttechnik, Uni

Stuttgart; Promotion am Insitut für Raumfahrtsysteme, Uni Stuttgart

Beruf: Projektleiter bei Tesat Spacecom Aufgabenbereich: Betreuer Zeitaufwand: Nach Möglichkeit Donnerstags und in den

Ferien

24

4.2 Missionsziele

Das erste Missionsziel ist die Erfüllung der Primärmission, die beim Cansat Wettbewerb vorge-geben ist. Es sollen Temperatur und Druck gemessen werden. Da nicht garantiert werden kann, dass unser Satellit geborgen wird, leiten wir daraus die Notwendigkeit ab, die Daten per Tele-metrielink zum Boden senden zu müssen.

Als Sekundärmission haben wir uns zum Ziel gesetzt, einige wichtige Technologien und Systeme zu testen, die notwendig für eine echte Satellitenmission ins All sind. Unser Fernziel ist es, einen eigenen kleinen Satelliten zu bauen und auch tatsächlich in einen nahen Erdorbit zu bringen. Der Cansat Wettbewerb ist für uns ein wichtiger Meilenstein dahin.

Zu diesen Zielen gehört die Messung der Beschleunigung sowie die Positionsbestimmung mit GPS. Beim Cansat Wettbewerb wollen wir dann mit den GPS Daten das Flugprofil bestimmen. Zudem beabsichtigen wir sowohl Bilder, als auch ein Video von dem Flug zu erstellen und dieses live zur Bodenstation zu senden. Ebenso soll die Auslesung der Telemetrie live erfolgen.

Eine weitere wichtige Sekundärmission ist die Messung der molekularen Sauerstoff Konzentra-tion. Der Sensor hierzu wird uns vom Institut für Raumfahrtsysteme an der Universität Stuttgart (IRS) beigestellt. Dort wird er unter anderem dazu eingesetzt, die Zusammensetzung von Atem-gas oder von Prozessgasen zu untersuchen. Andererseits wurde der Sensor auch schon auf einer Cubesat Mission im Weltraum eingesetzt. Der Grund hierfür ist die Untersuchung der Restat-mosphäre in der erdnahen Umlaufbahn. Hier kann die Konzentration von einzelnen Gasen noch hoch genug sein, dass diese einen Einfluss auf die Mission haben. Zum Beispiel kann Sauerstoff Oberflächen degradieren. Mit den Erkenntnissen aus weiteren Messungen der Konzentration von bestimmten Elementen, zum Beispiel von Sauerstoff, lassen sich die bisherigen Atmosphä-renmodelle verbessern, was langfristig zu besseren Simulationen der Wechselwirkungen in der Atmosphäre führt. Der Einsatz des O2 Sensors auf unserem Cansat dient damit hauptsächlich der Technologiedemonstration. In den Messwerten bei dieser Mission erwarten wir keine gro-ßen Überraschungen. Laut Theorie sollte der Partialdruck mit der Höhe gleichmäßig abfallen. Eventuell ergeben sich aber durch die Verbrennungsgase des Raketenmotors interessante Varia-tionen der Daten, die es dann zu interpretieren gilt.

Eine weitere Entwicklung, die wir auf unserer Mission ins All einsetzen wollen, ist ein Sender zur Ortung des Satelliten über die neue Initiative Verteilte Bodenstation (Distributed Ground Station Network). Auf Initiative von Andreas Hornig aus Stuttgart wird eine kostengünstiger Empfänger entwickelt, dessen Aufgabe es ist, spezielle Funksignale zu detektieren und zeitkor-reliert an eine zentrale Stelle zu schicken. Aus den so gewonnen Daten kann bei ausreichender Abdeckung mit Bodenstationen die Position des Satelliten recht genau bestimmen. Da der Auf-wand der Positionsbestimmung am Boden liegt, bietet sich dieses Ortungsverfahren gerade für Kleinstsatelliten an.

Die Entwicklung eines Senders für die Ortung des Satelliten über die Verteilte Bodenstation (DGSN) ist leider gescheitert, da ein starkes Hintergrundrauschen vorliegt. Dieses Problem konnte nicht auf die Schnelle gelöst werden.

25

Damit wir unseren CanSat Start als erfolgreich ansehen, wollen wir zunächst die Primärmission erfolgreich abschließen. Von den Sekundären Missionszielen wollen wir als Minimum entweder ein verwertbares Video oder Bilder von der Mission haben. Das wäre besonders wichtig für un-sere Öffentlichkeitsarbeit. Außerdem erwarten wir, dass auch die weiteren Sensoren ausgelesen werden können, wobei hier der Verlust eines Sensors zu verkraften wäre. Das größte Erfolgsge-fühl würde natürlich dann eintreten, wenn die Messung des molekularen Sauerstoffs und das Senden eines Livestreams erfolgreich ist.

26

Abbildung 1: Der fertige Prototyp

5 Beschreibung des ASLSat 2

Nachfolgend wird das Design unseres Satelliten beschrieben. Nach dem Missionsüberblick wird das mechanische Design und elektrische Design beschrieben. Die Beschreibung der Software folgt danach. Zuletzt werden der Entwurf des Bergungssystems und die Bodenstation darge-stellt.

27

Flycam

Sensoren

-GPS

-Temp. (3x)

-Druck

-O2S

Akku

BeagleBone Black

CW Sender

WLAN

Bodenstation

Webcam

5.1 Missionsüberblick

Unsere Mission ist es, eine Nutz-last bzw. einen Dosensatelliten zu entwickeln, der mit einer Modell-rakete in die Atmosphäre ge-schossen wird und dort mehrere Ziele erfüllen soll. Einerseits soll die Nutzlast verschiedene Daten wie Beschleunigung, Temperatur, Druck und molekularen O2 mit den entsprechenden Sensoren während des kompletten Fluges aufzeichnen. Andererseits soll sie jedoch auch Bilder machen und ein Video des kompletten Fluges drehen. Mit zwei unterschiedli-chen Kameras soll dies realisiert werden. Unsere Aufgabe besteht jedoch ebenso in der Bergung des Dosensatelliten, sowie darin, ihn sicher auf die Erde zu bringen. Letzteres soll mit einem Fall-schirm realisiert werden.

Die Auswertung der Daten erfolgt nach dem Flug.

Nebenstehend ist der Datenfluss von den Sensoren über das Bea-gleBone Black zu den Funkver-bindungen und schließlich zur Bodenstation dargestellt.

Abbildung 2: Datenflussdiagramm

xBee

xBee

SD-Karte

28

5.2 Mechanisches Design

5.2.1 Einführung

Die Mechanische Struktur des ASLSat 2 dient allen Bauteilen, die unter das Elektrische Design fallen, als Träger. Diese Aufgabe bringt einige Anforderungen mit sich. Ebenfalls wird die Bauart der Struktur durch gegebene Wettbewerbsnormen bedingt. Somit ist die Struktur so zu erstel-len, das Sie große Beschleunigungen (hier: max. Beschleunigung 20g) aushält und maximale Abmessungen von 115mm x 66mm erfüllt, wobei eine Zylinderform erwartet wird. Ein weiteres Kriterium ist die einzuhaltende Masse von exakt 350g. Für die Struktur haben wir für sämtliche Bauteile, ausgenommen der Außenhülle, Aluminium als Material gewählt. Dies ist durch hohe Festigkeit und geringe Dichte äußerst geeignet für Leichtbaukonstruktionen. Darüber hinaus können wir dieses Material mit den in unserer Werkstatt zur Verfügung stehenden Werkzeugen, gut bearbeiten. Für die Außenhülle hatten wir die Wahl zwischen Glasfaser- oder Kohlefaserver-stärktem Kunststoff. Wir haben uns nach Abwägung der Vor- und Nachteile für GFK entschieden, nicht zuletzt auch, wegen der GFK spezifischen Eigenschaft, elektromagnetische Wellen nicht zu dämpfen, wie es bei CFK der Fall ist. Anhand früherer Modelle anderer Nutzlasten haben wir gelernt, dass sich Schraubverbindungen mit selbstgeschnittenen Gewinden in den Bauteilen besser eignen, als die Verwendung von Muttern. Einerseits aus Platzgründen aber auch weil es die Montage vereinfacht. Leider benötigt es sehr viel Geschick und Vorsicht bei der Montage und beim Schneiden der Gewinde, da die Gewinde in Aluminium anfällig und weniger robust sind. Normalerweise sollte die Schraube weicher sein, als das Gewinde, was bei uns jedoch nicht mög-lich ist.

5.2.2 ASLSat 2 Prototyp

Anfangs wurde die Struktur des ASLSat 2 in groben Zügen ge-plant, da noch nicht genau geklärt war, welche Komponenten das Elektronische Design beinhalten würde. Deshalb wurden als erste Teile Boden- und Deckelplatte und Außenhülle ge-plant. Diese stellten die ersten Randbedingungen bezüglich der gesamten Höhe und des Durchmessers des ASLSat 2 dar. Somit musste bei fortlaufenden Planungen nur noch darauf geachtet werden, innerhalb dieses Rahmens zu liegen. Die Außenhülle wurde als Röhre mit einem Außendurchmesser von 66mm und einem Innendurchmesser von 64 mm ausgesucht. Boden- und Deckelplatte wurden mit 5mm Höhe, 66mm Durchmesser und einer 1mm breiten und 1mm hohen Nut am äußeren Rand für die Hülle so gewählt, dass der Innenraum ein voll zur Verfügung stehendes zylindrisches Volu-men von 64mm auf 105mm hat.

Abbildung 3: Deckelplatte des Pro-totypen

29

Nachfolgend wurde der erste Verbindungsträger zwischen beiden Endplatten so entwickelt, das dieser jeweils mit zwei Schraubver-bindungen an beiden Enden ein überdrehen beider Endplatten ver-hindert. Gleichzeitig jedoch beinhaltet er vier Aufnahmepunkte für unser BBB.

Da immer klarer wurde, welche Komponenten der ASLSat 2 nun end-gültig beinhalten sollte, konnten auch konkretere Planungen bezüglich eines weiteren Verbindungssteges, welcher die Webcam aufnehmen sollte, getroffen werden.

Auch einer Halterung für einen Akku wurde entwickelt. Diese wurde nach dem Kriterium, dass er schnell zu wechseln ist und ein Ersatz verfügbar ist, konstruiert und implementiert. Dazu war es nötig die Bodenplatte für eine Führung anzupassen. Wir hatten zeitweise die Überlegung, die Akkuhalterung aus Kunst-stoff zu fertigen. Dabei hätten wir mit einer anderen Gruppe des AEROSPACE LABs kooperiert, welche sich zum Ziel gesetzt ha-ben, einen 3D Drucker zu bauen. Der Probedruck unserer Bo-denplatte hat zwar gut funktioniert. Allerdings mussten wir fest-stellen, dass dieser Drucker besser für gekrümmte Flächen wie zum Beispiel Figuren geeignet ist. Für unsere Teile mit großen planen Flächen ist dieser Drucker nicht gut geeignet. Daher ent-schieden wir uns doch für die Variante aus Aluminium.

Abbildung 4: Verbindungs-träger des Prototypens

Abbildung 5: Webcam Hal-terung des Prototypens

Abbildung 6: Beispiel der Qualität des 3D-Drucker

30

Nachdem die Entwürfe mit SolidWorks in CAD fertig waren, haben wir diese mit dem Integrier-ten CAM Modul SolidCAM direkt in einen für unsere 2,5D CNC Fräsmaschine lesbaren Code über-tragen können. Weitere Ausführungen hierzu sind in Kapitel 5.2.4.2 Nachzulesen.

Die Akkuhalterungen haben wir an unserer manuellen Fräsmaschine gefertigt.

Trotz geringer vorgegebener Toleranzen konnten wir den ersten Strukturprototypen des AslSat 2 erfolgreich zusammensetzten, was für eine sehr genaue Fertigung spricht.

5.2.3 Test DLR Lampoldshausen am 6.8.14 und Fehleranalyse

Es folgt eine Aufstellung aller Fehler und Probleme, welche uns beim Fertigen und Testen des ASLSat 2 Prototypen aufgefallen sind.

1. Beim Fräsen der Akkuhalterung sind wir auf Probleme gesto-ßen, da uns Fräser mit einer ausreichenden Schnittlänge gefehlt haben.

2. Fehler beim Träger der Webcam war, dass ein von der Platine der Kamera abstehendes Bauteil nicht beachtet wurde. Zur Folge musste eine Ausbuchtung an der ent-sprechenden Stelle per Hand abgefeilt werden. Auch wurden die gewindetragenden Löcher des Trägers für M3 Schrauben ausgelegt. Jedoch waren die Druchgangs-löcher der Webcam Platine in M2,5, was an dieser Stelle eine Schraubverbindung mit einer Mutter nötig machte.

3. Da wir, um die Nut für die Außenhülle zu fräsen, die beiden Boden- und Deckelplatte während dem Fräsen in der CNC Fräsmaschine umspannen mussten, gab es Probleme mit einem erneuten setzten des Nullpunktes. Dieses Problem haben wir schon während den Fräsarbeiten an der zweiten Platte behoben.

Abbildung 7: Akkuhalterung des Prototypens

Abbildung 8: Webcam Halterung des Pro-totypens

31

4. An mehreren Stellen stellte sich unsere Leichtbaukonstruktion als „zu leicht“ heraus. An die-sen Stellen hat sich die Struktur entweder während dem Start, dem Ausstoß aus der Rakete oder dem Auftreffen des ASLSat 2 auf den Boden, durch einwirkende Kräfte verbogen. Wie man bei Abb. (8) sehen kann, wurde hier um die Schraubverbindung herum die Platte verbogen. Dies haben wir erkannt und durch einen fehlenden L-Form Steg um das Loch herum erklärt.

5. Uns fehlte zum Zeitpunkt des Tests die entsprechende GFK Hülle, sodass der ASLSat 2 ohne Hülle flog. Dies könnte ebenfalls zu den in Punkt 4 aufgezählten Probleme beigetragen haben.

6. Der Webcam Träger wurde nur mit jeweils einer Schraubverbindung an Deckel- und Boden-platte befestigt. Dies hätte, bei ausreichend Kraftaufwand, ein verdrehen dieser verursachen können. Somit hätte sich auch die Kamera gedreht und hätte nichtmehr durch das für sie ge-bohrtes Loch nach außen filmen können.

Abbildung 9: Verbogener Verbin-dungsträger

Abbildung 10: Verbogene Deckelplatte

32

5.2.4 ASLSat 2

Der endgültige überholte Entwurf des ASLSat 2 basiert weitestgehend auf dem Prototypen. Je-doch wurden einige Veränderungen im Design getroffen. Gründe, für die Veränderungen, waren die in 5.2.3 aufgezählten Probleme, da wir diesen vorbeugen wollten. Großteils haben wir auch schon bei dem ersten Prototyp in T und L Formen gearbeitet, da diese hohe Stabilitäten aufwei-sen. Verbesserungen dem Prototyp gegenüber bestanden in erster Linie in einer größeren Höhe der T und L Formen, da diese weit mehr Stabilität bringt, als die Wände dicker zu machen. Auch wurde das neue Design geprägt durch veränderte Einbauarten von Komponenten oder gleich neuer Versionen der Komponenten, bei denen, wie bei der neuen Webcam, Löcher zum Befesti-gen anders liegen.

5.2.4.1 ASLSat 2 – Komponenten

Insgesamt ist die Anzahl der Strukturteile vom Prototyp zum Endmodell von sechs auf acht Bau-teile gestiegen. Es folgt eine Aufzählung dieser Bauteile.

Bodenplatte

An ihr werden beide Verbindungsträger befestigt mit jeweils zwei Schraubverbindungen. Gewinde hierzu sind in die beiden Träger geschnitten. Es wurden Sen-kungen gefräst, damit die Schraubenköpfe nicht über die maximale Höhe hinaus ragen. Außerdem wird an der Bodenplatte auch die Akkuhalterung befestigt. Darüber hinaus sind hier Löcher für den O2 Sensor, die Flycam und den WLAN stick gefräst.

Deckelplatte

An ihr werden, wie bei der Bodenplatte, ebenfalls beide Verbindungsträger befestigt. Sie beherbergt außerdem eine Tasche, in die der GPS Empfänger geklebt wird. Eine weitere große Aussparung gibt der Antenne des xBees ausreichend Platz nach oben, während sich ne-ben ihr der Hauptschalter befindet. An dem äußeren Rand finden sich drei kleine Nuten. In diese werden radial zur Deckelplatte in je eine Nut eine Bohrung von außen nach innen gebohrt. Durch die Nuten und an-schließend durch die Bohrungen werden die Seile nach innen in den Satelliten geführt ohne den Außen-durchmesser an den drei Nuten zu vergrößern.

Abbildung 11: Bodenplatte

Abbildung 12: Deckelplatte

33

Verbindungsträger mit BeagleBoneBlack

Wie zuvor beschrieben dient er als eine der beiden Verbindungen zwischen Boden- und Deckelplatte. Zudem enthält er vier mit Innengewinden versehe-nen Stegen zum befestigen des BBB. Eine integrierte Fläche dient zur Aufnahme der Steckverbindung zur Akkuhalterung und auf der Rückseite zur Aufnahme des xBee. Des Weitern wurde großzügig auf Platz zum Verlegen von Kabeln geachtet und auch zwei große Löcher im oberen Teil des Trägers gebohrt.

Diese dienen als Kabeltunnel. Die gesamte Form der Rückseite im unteren Teil dient als Führung für die Akkuhalterung. Ein aus der Platte, auf die die Stiftleiste geklebt wird, abstehender Steg soll Kräf-te, die durch ein kräftiges Einschieben der Akkuhalterung entstehen, aufnehmen. Eine nur mit Epoxidharz geklebte Verbindung könnte bei zu viel Kraft beim Einschieben brechen.

Verbindungsträger mit Webcam

Der Träger besitzt an der Ober- und Unterseite jeweils zwei Löcher mit Gewinden zum Befestigen an den Boden- und Deckelplatten. An diesen Träger wird an drei erhöhten Bohrungen mit Gewinden die Webcam befestigt. Die Inne-re Form des Trägers erinnert an ein Langloch. Dieses wird im unteren Teil durch eine Verbindung beider Seiten un-terbrochen, auf die auf der Außenseite die Platine des O2 Sensors geklebt wird. Zudem besitzt der Träger auf der Innenseite zwei weitere Bohrungen mit Gewinden, an die eine Halterung für den Sensorkopf des O2 Sensors ge-schraubt wird. Die Spitze des Sensorkopfes ragt nach un-ten durch die Bodenplatte durch. Der Träger hat noch zwei weitere Bohrungen, an welche eine extra gefertigte Halte-rung befestigt wird. Diese trägt die Flycam, welche nach unten gerichtet, durch eine Aussparung in der Bodenplat-te, filmt.

Abbildung 13: Verbindungsträger mit BBB

Abbildung 14: Verbindungsträger mit Webcam

34

Akkuhalterung

Die Akkuhalterung besitzt eine Tasche im Inneren, in die der Akku gelegt wird. An eine Buchsenleiste, die an den unteren Teil der Halterung angeklebt wird, werden die Kabel des Akkus angelötet. Auf dem Verbindungsträger mit BeagleBoneblack findet sich eine Stiftleiste, welche das Gegenstück darstellt. Durch diese Methode ermöglichen wir einen schnellen Wechsel des Akkus, indem man nur den Akku durch die Führung schiebt und die beiden Leis-ten sich von selbst verbinden. An der Oberseite der Halte-rung befinden sich zwei Durchgangslöcher zur Befestigung an der Bodenplatte.

O2 Sensorkopf Halterung

Dies ist der Träger für den Sensorkopf des O2 Sensors. Zwei Durchgangslöcher ermöglichen eine Schraubverbindung an den Verbindungsträger mit Webcam. In die Aussparung wird der Sensorkopf gesteckt und dort mit Epoxidharz ein-gegossen

Flycam Halterung

An diese Halterung wird das Flycam Objektiv geklebt. Zwei Durchgangslöcher ermöglichen eine Schraubverbindung an den Verbindungsträger mit Webcam.

Abbildung 15: Akkuhalterung

Abbildung 16: O2 Sensorkopfhalte-rung

Abbildung 17: Flycam Halterung

35

GFK Hülle

Eine Röhre aus Glasfaserverstärktem Kunststoff dient dem AslSat 2 als Hülle. In ihr befindet sich auch ein Loch, durch das die Webcam nach außen filmt.

5.2.4.2 ASLSat 2 - Fertigung Für die Fertigung des ASLSat 2 steht uns eine Werkstatt mit vielen Werkzeugen und Maschinen bereit. Dies bietet uns viel Bearbeitungsmöglichkeiten, insbesondere dank unsere beiden Fräs-maschinen, einer Portal CNC Fräse und einer manuellen Fräs-Bohr-Maschine.

Die GFK Hülle haben wir in Rohmaßen von 350mm Höhe und 68mm Außendurchmesser mit 2mm starken Wänden gelegt. Da wir eine Wanddicke von 1mm brauchten und der Innendurch-messer des Rohlings passte, mussten wir an der Außenseite Material abtragen um auf einen Au-ßendurchmesser von 66mm zu kommen. Da uns noch eine Drehbank fehlt, mussten wir manuell eine Drehbewegung der Röhre um ihre Hochachse erzeugen und dann außen ein Schleifpapier anhalten. Nachdem dies unerwartet gut funktioniert hat, haben wir nun zwei Hül-len mit exakt den von uns angestrebten Abmessungen.

Den Akkuträger haben wir mit unserer Manuell zu bedienenden Fräsmaschine Optimum BF 20 Vario gefräst. Hierzu ha-ben wir zunächst unser Halbzeug auf gro-be Nennmaße geschnitten und dann in der Fräse mit einem 12mm HSS Fräser in gro-ben Zügen viel abgetragen und danach für den Schlichtgang mit einem 6mm HSS Frä-ser nachgearbeitet. Wir haben zwei bau-gleiche Akkuhalterungen gefertigt und beide mit jeweils einem LiPo versehen, damit ein schneller Austausch der Akkus während der Startkampagne gewährleistet ist.

Das Hauptaugenmerk fiel bei der Fertigung auf unsere CNC Fräsmaschine. Diese ist eine Portal CNC Fräse, die mit den Standard Befehlen über G- und M-Code gesteuert wird. Im Folgenden

Abbildung 18: GFK- Hülle

Abbildung 19: Jonas beim Handfräsen der Akkuhalterung

36

stehen G und M immer für bestimmte hinterlegte Codes. Nach N steht eine Zahl, welche die Pro-grammzeile angibt, T steht für Tool, also einen Fräser mit der dahinter angegeben Zahl als Nummer im Verzeichnis. F und eine Nachfolgende Zahl steht für Vorschub. X,Y und Z und dazu-gehörige Zahlen sind Koordinaten. „ ROHMASSE: X=85 Y=85 Z=5“. Hier werden die, im CAM Mo-dul definierten Maße des Rohmaterials angegeben. Als Nächstes kommt ein Kommentar zur bes-seren Lesbarkeit, „T5 D05 SCHAFTFRAESER“, was dem Leser zeigt, dass das zu fräsende Werk-stück mit einem 5mm Durchmesser Schaftfräser gefräst werden soll. Nachfolgen stehen die bei-den G-Codes „N1 G90“ und „N2 G54“ für ein absolutes Wegs System, das also nach absoluten Koordinaten und nicht nach relativen Strecken verfahren wird und zweitens, dass der Werk-stücknullpunkt 1 verwendet wird. Man könnte hier mehrere Nullpunkte verwenden, wenn man mehrere Werkstücke gleichzeitig bearbeitet. Dies ist bei uns nicht der Fall gewesen. Die Zeile „N3 T05 M06“ beinhaltet den M-Code M06, was ein Werkzeugwechsel zum Tool 5 (5mm Schaft-fräser) bedeutet. An die zu fräsende Kontur fahren bedeutet „N4 G43“. Die Zeile „N5 S1000 M03“ besitzt für unsere Fräsmaschine keine Bedeutung. M03 startet eine Drehbewegung der Spindel im Uhrzeigersinn mit der Drehzahl von 1000 (S1000). Da wir an unserer Fräsmaschine die Drehzahl direkt an der Spindel manuell einstellen, fällt diese Zeile raus. Auch ist im geschriebe-nen Code nicht der Code „M7“ zu finden. Dieser würde die Nebelkühlung starten. Diese starten wir manuell über die Benutzeroberfläche der Fräsmaschine auf dem PC. Der folgenden G-Code „N6 G00 X33 Y61.985“ und die dazugehörigen X und Y Koordinaten lässt den Fräser im Eilgang (G00) zur angegeben Position fahren. Von hier aus beginnt nun die eigentliche Materialabtra-gung. Von hier aus verfährt sie mit bestimmten Vorschüben meist nur von Koordinate zu Koor-dinate, wobei sie in XY Richtung gleichzeitig verfährt und in Z Richtung gesondert. Sie kann je-doch auch in alle drei Achsen gleichzeitig verfahren, wie zum Beispiel bei der Helixbahn, wenn man den Fräser Schraubenförmig in das Material tauchen lässt. Dies schont den Fräser. Wir ha-ben alle Bauteile so gefräst, das in der letzten Bahn, bei der das Bauteil vom Halbzeug getrennt werden würde (z.B. Außenprofil bei der Deckelplatte), ein Offset vom Boden nach oben von je-weils 0,2mm bleibt. Nach Ankratzen und Setzten des Werkstück Nullpunktes bleibt am Ende eine 0,2mm dicke Aluminiumplatte, welche das Bauteil und das restliche Rohmaterial verbindet. Eingespannt wird das Rohmaterial weit außerhalb der Fräsbahnen. Somit würde ein Abtrennen des Bauteils vom Restmaterial ein loses Bewegen des Bauteils bewirken, was negative Konse-quenten bei einem möglichen Kontakt mit dem Fräser gäbe. Auch davor schon würde die mit der Zeit schrumpfende Verbindung zum Rohmaterial eine immer stärker werdende Vibration her-vorrufen, was eine schlechter werdende Oberfläche zur Folge hätte.

Nach einigen Nachbehandlungen der Bauteile, wie unter anderem entgraten der Kanten und reinigen mit Aceton zum Entfernen der zur Kühlung aufgetragenen Bohremulsion, konnten wir nach dem Hinzufügen der einzelnen Elektronikbauteile den Satelliten fertig montieren.

37

5.2 Elektrisches Design

Das Ziel des elektrischen Designs ist das Ansteuern und Auslesen sämtlicher Sensoren, die un-terbrechungsfreie sowie stabile Stromversorgung des BBB sowie der drei Bergungssysteme. Das komplette System muss möglichst platzsparend auf einer Platine mit den Abmessungen 63mm x 52mm untergebracht werden. Um innerhalb dieser Maße zu bleiben, wurden der Schaltplan und das Layout der Platine mithilfe der EDA-Software EAGLE selbst entworfen und anschließend geätzt. Lochrasterplatinen werden nicht verwendet, da beim Prototypen des ASLSat2, dessen Sensoren auf einer Lochrasterplatine untergebracht waren, die Kupferkontakte durch die Start-beschleunigung abrissen, was zu einem Ausfall des kompletten Systems führte.

Der Gesamtschaltplan der Platine wurde seit der Abgabe des Zwischenberichts erweitert. Dies geschah, da zwei Bergungssysteme in den Schaltplan eingeschlossen wurden. Ein akustisches Signal, sowie der Peilsender für das DGSN. In Abbildung 20 zu sehen sind sämtliche Verbindun-gen der Platine. Die einzelnen Bestandteile der Schaltung werden im Folgenden näher erläutert. Eine genaue Integrationsanleitung ist im Anhang vorhanden.

Abbildung 20: Gesamtschaltplan der Platine

38

Die zwei Sensoren in Abbildung 21 werden über das Beaglebone Black mit einer Spannung von 3,3 Volt versorgt. Die gemessenen Werte werden an den I2C Schnittstellen des Beaglebone Black ausgelesen.

BMP085:

Dieser Sensor misst die Temperatur und den Luftdruck. Durch eine Vergleichsmessung am Bo-den kann mit Hilfe der barometrischen Höhenformel das Flugprofil berechnet werden.

ADXL345:

Dieser Sensor misst statische und dynamische Beschleunigung in einem Bereich von 2 bis 16g wobei der Messbereich je nach aktueller Beschleunigung angepasst wird um möglichst genaue Messwerte zu erhalten. Hiermit sollen die Startbeschleunigung, der Auswurfspunkt und die Be-schleunigung im Raum bestimmt werden.

Abbildung 21: Sensorschaltung

39

DC/DC Konverter

Das zentrale Element der Schaltung in Abbildung 22 ist der DC/DC Wandler iCF12V, ein Regel-wandler mit einer Eingangsspannung von 4,5 bis 14 V bei einer maximalen Leistung von 63Watt. Die erste Schaltung in der der DC/DC Wandler durch einen n-dotierten MOSFET-Transistor ein-geschaltet wird, wurde entfernt. Er wurde durch einen einfachen Ein/Aus Schalter ersetzt. Bei der erforderlichen Ausgangspannung von 5V und einer Maximalleistung von 10W beträgt seine Effizienz 96%. Damit ist er deutlich effizienter als der zuerst eingeplante Linearwandler LT1085; der zwar deutlich günstiger ist, jedoch die Überflüssige Energie in störende Wärme umsetzt. Über die beiden Widerstände R! und R1 wird die Ausgangsspannung (Vout) des DC/DC Wand-lers bestimmt. Diese kann über die Formel !"#$%&' = [ *+,-∗/

*012*345] bestimmt werden. Daraus ergibt sich bei einer Sollspannung von 5 Volt ein Gesamtwiderstand von 1340Ω.

Abbildung 22: Spannungswandler

40

Peilsender für das DGSN

Der Schaltplan 23 ist eines der Bergungssysteme. Es sendet mit einer Frequenz von 433,92MHz ein CW-Signal, welches durch ein entsprechendes Empfangsgerät empfangen werden kann. Die-ses Bergungssystem ist Teil des Experiments zur verteilten Bodenstation, dem Distributed GDSN. Das neuartige Ortungsprinzip misst mit vielen verteilten, kostengünstigen Empfängern die Laufzeit eines Signals im Vergleich zu einem genauen Zeitnormal. Es ist damit das umgekehr-te Prinzip zu GPS. Als Zeitnormal wird das überall verfügbare Pulse-per-Second-Signal von GPS benutzt. Leider mussten wir feststellen, dass mit dem einfachen Aufbau auf der Sensorplatine das Signal sehr verrauscht wurde. Damit ist eine Ortung über größere Strecken nicht möglich. Für ein Redesign der Platine fehlte schließlich die Zeit. Damit kann dieses Experiment beim Start in Bremen leider nicht durchgeführt werden.

Stromverteilung und gemeinsamer GND

Die Platine dient zusätzlich als Verteiler für die Stromversorgung mit 3,3 und 5V. Außerdem sind sämtliche GND Anschlüsse auf die Ground Plane der Platine gesetzt.

Herstellung der Platine

Das Layout der Platine wurde mithilfe des CAD-Programms Eagle erstellt und auf mit UV-Lack beschichteten Platinen geätzt.

Abbildung 23: Peilsender

41

Das Erstellen der Dual Layer Platine.

Abbildung 25: Fräsen der Platine

Abbildung 24: Layoutdesign

42

Zum Bohren der Platine wurde ein 1mm Vollhartmetall Bohrer verwendet, da sich in vorherigen Tests die sonst üblichen 0,8mm als zu klein für die Stiftleisten herrausstellte und herkömmliche HSS Bohrer bei Epoxidharz schnell stumpf werden.

Die Platinen wurden mit den Leiterbahnmasken beklebt und dann für ca. 150 Sekunden mit UV-Licht belichtet und danach in Natronlauge als Entwicklerlösung gelegt.

Direkt daraufhin wird die Platine in das auf 45° vorgewärmte Bad aus Natriumpersulfat für ca. 5-10 Minuten getaucht. Sobald die nicht benötigten Flächen weggeätzt wurden, ist die Platine fertig. Das erkennt man gut durch das schwarze Basismaterial.

Abbildung 27: Ätzen der Platine

Abbildung 27: Ätzen der Platine

Abbildung 26: Belichten der Platine

43

Direkt nach dem ätzen wird die Platine ca. 3 bis 4 Minuten abgespült um anschließend in einem Zinn Bad einen Oxidationsschutz zu erhalten damit sie auch noch einige Tage nach dem Ätzvor-gang verlötet werden kann.

Abbildung 29: Zuschneiden der Platine

Abbildung 28: Abspülen der Platine

44

Nach dem Verzinnen wird die Platine mit Hilfe einer Dekupiersäge auf die vorgegebenen Maße gesägt.

Nachdem die Platine die benötigten Maße hat, wird sie mit den Sensoren, dem DC/DC Wandler sowie dem Peilsender bestückt.

Abbildung 30: Bestücken der Platine Abbildung 30: Bestücken der Platine

45

Da das Funkmodul (xBee) oben am Satelliten angebracht werden soll, und die Hauptplatine im inneren des Satelliten liegt, muss dafür eine eigene Platine gefertigt werden. Diese beherbergt außerdem eine Spannungsverteilung für xBee und das in der Deckelplatte eingebaute GPS Mo-dul.

Abbildung 31: XBee Platine Abbildung 31: xBee Platine

46

Einzelne Bauteile:

Beaglebone-Black: Das Mainboard unseres Dosensatelliten. Es verfügt über zwei 46 Pin Header, einen HDMI, LAN und zwei USB Anschlüsse, au-ßerdem über einen SD-Karten Slot. Es be-sitzt eine Rechenleistung von 1 GHz und einen Arbeitsspeicher von 512 MB RAM. Als Betriebssystem wurde Ubuntu ohne grafische Oberfläche gewählt.

Abbildung 32: BeagleBoneBlack (BBB)

xBee Pro Series 2: Das Funkmodul unseres Dosensatelliten. Es hat eine Reichweite bei line-of-sight von 1500 m bei einer Sendeleistung von 63 mW

Abbildung 33: xBee Pro

WLAN Modul: Mit dem WLAN Stick soll eine Adhoc Netz-werkverbindung zum Satelliten hergestellt werden. Damit sollen die Bilder der Webcam zur Bodenstation live gestreamt werden. Über Remote Login kann prinzipi-ell auch direkt auf den Satelliten zugegrif-fen werden.

Abbildung 34: WLAN Modul

47

FlyCam One Eco HD: Die nach unten gerichtete Kamera des ASLSat2. Die FlyCam besitzt ein großes Objektiv und soll ein Video in HD aufnehmen. Sie wird durch ein Signal vom Beaglebone aktiviert. Das Video wird auf einer microSD Karte gespeichert und kann erst nach dem Flug ausgewertet werden.

Abbildung 35: Flycam One Eco HD

Webcam: Die zur Seite gerichtete Kamera unseres Dosensatelliten. Die Bilder, welche die Webcam aufnimmt, werden auf dem Beaglebone Black weiter-verarbeitet und zur Bodenstation gesendet wo sie live betrachtet werden können.

Abbildung 36: Webcam

GPS: Das GPS-Modul unseres Dosensatelliten. Die Daten des GPS Moduls werden wäh-rend des Flugs an die Bodenstation über-mittelt und helfen auf diese Weise bei der Bergung. Die Antenne ist bereits im Modul enthalten, so wird zusätzlich Platz gespart.

Abbildung 37: GPS-Modul

Piezzo-Summer: Eines der Bergungssysteme des AslSat2. Nach einer gewissen Zeit wird der Piezzo-Summer vom Beaglebone aktiviert und hilft durch eine lautes Piepen beim Auffin-den des Satelliten

Abbildung 38: Piezzo-Summer

48

LiPo Akku: Die Stromversorgung für unseren Dosensa-telliten Der Akku versorgt den Satelliten mit Strom, bei einer Ausgangsspannung von 7,4 V und einem C-Faktor von 50. Er hat eine Kapazität von 450 mAh.

Abbildung 39: LiPo Akku

ADXL345: Der Beschleunigungssensor für unseren Dosensatelliten. Der ADXL345 misst die Beschleunigung in einem Bereich von 2 bis 16 g. Durch seine geringe Größe ist er prädestiniert für den Einsatz in unserem Satelliten.

Abbildung 40: Beschleunigungssensor

BMP085: Der Temperatur- und Drucksensor für un-seren Dosensatelliten. Auf der BMP085 Platine ist ein Druck- und Temperatursensor integriert. Die Daten werden vom BBB über die I2C-Schnittstelle weiterverarbeitet.

Abbildung 41: Temperatur- und Drucksensor

49

USB-Verteiler: Das Datenkreuz unseres AslSat2. Hier werden die Webcam und der WLAN-Stick angeschlossen.

Abbildung 42: USB- Verteiler

O2 Sensor: Dieser Sensor wird uns vom IRS zur Verfü-gung gestellt. Er misst den molekularen Sauerstoff

Abbildung 43: O2 Sensor

50

Energieverbrauch:

Tabelle 1: Abschätzung der verbrauchten Leistung

Device Strom Spannung Leistung BeagleBone Black 470 mA 5V 2,35W Webcam 500mA 5V 2,5W FlyCam 540mA 5V 2,7W xBee 259mA 3,3V 0,9W WLAN-Stick 200mA 5V 1W GPS 25mA 3,3V 83mW O2S 300mA 5V 1,5W Summe Komponenten: 11,33W Unsicherheit 20% 13,60W DC Konverter 4% Verlust 0,54W Gesamt: 14,14W

Bei 14,14W Gesamtverbrauch und einer Akkuspannung von 7,4V ergibt sich ein maximaler Stromverbrauch von 1,9A. Der maximale Strom, der von dem DC Konverter geliefert werden kann ist 4,5A. Bei einer Kapazität von 450mAh und dem Strom von 1,9A kann der Satellit min-destens 0,235 Stunden bzw. 14,1min betrieben werden. Die Formel dafür lautet t = 78 . Damit bleiben genügend Reserven für die Stromversorgung bei einer gegebenen Flugzeit von ca. 3 min.

51

5.3 BeagleBone Black

Das BBB ist das Herzstück unseres Satelliten. Von hier aus werden alle Sensoren angesteuert und die Funkverbindung zur Bodenstation hergestellt. Außerdem speichert es alle Messdaten ab.

Gegenüber einem Mikrocontroller, wie z.B. einem Arduino, bietet das BBB einerseits eine we-sentlich höhere Taktrate und andererseits den entscheidenden Vorteil, dass es mit einem Linux-Betriebssystem läuft, d.h. es funktioniert wie ein kleiner Computer und besitzt dementsprechend auch eine deutlich größere Rechenleistung. Außerdem kann ein Linux-Rechner mit größeren Datenmengen (z.B. Fotos oder Videos) umgehen und diese weiterverarbeiten. Darüber hinaus besitzt es einen USB-Port, an den man eine Webcam oder einen WLAN-Stick anschließen kann. Ab Werk ist auf dem BBB die Linux-Distribution „Ångström“ installiert. Es beinhaltete auch eine grafische Benutzeroberfläche und lässt sich bedienen wie ein kleiner Computer, denn man kann auch einen Bildschirm, eine Tastatur und eine Maus anschließen. Wir haben uns aber für die Linux-Distribution „Ubuntu“ ohne grafische Benutzeroberfläche entschieden, da wir diese nicht brauchen und es unter Ubuntu viel mehr Programme und Bibliotheken gibt.

5.4.1 Überblick über die installierten Programme und Biblio-theken

Programme Beschreibung mingetty Mithilfe dieses kleinen Programms müssen wir uns beim Systemstart

nicht mehr mit Benutzername und Passwort einloggen, sondern das wird automatisch vorgenommen. Außerdem besitzen wir damit von Anfang an root-Rechte und müssen bei einem Befehl kein Passwort mehr eingeben.

Python Python ist unsere Programmierumgebung, die auf C basiert. Mit Python haben wir das Endprogramm geschrieben, in dem alle Sensoren und die Webcam angesteuert werden. Um ein Python-Programm (erkennbar an der Endung .py) zu starten, muss man erst den Befehl python eingeben und anschließen den Pfad des Programms angeben.

Build-essentials Dieses Paket wird als Compiler für die Python-Programme gebraucht. iw Mit diesem Programm kann der WLAN-Stick konfiguriert, und das Ad-

hoc-Netzwerk erstellt werden. lib-av Dieses Programm braucht man, um die Webcam anzusteuern. Bibliotheken Adafruit_BBIO Dieses Paket beinhaltet sämtliche Bibliotheken, die zur Verwendung der

verschiedenen Ports des BBB gebraucht wird. An diese Ports sind z.B. der GPS-Empfänger, der O2-Sensor und der Druck-und Temperatur Sensor angeschlossen.

52

5.4.1 Konfiguration des BeagleBone Blacks

Bevor das BBB für unsere Zwecke einsatzbereit war, mussten wir zahlreiche Konfigurationen vornehmen.

1. BeagleBone Black aufsetzen

Um die Ubuntu-Distribution auf dem BBB zu installieren, mussten wir zuerst die Image-Datei des Ubuntu-Systems auf eine SD-Karte flashen. Dies machten wir mit dem Programm „Win32DiskImager“ für Windows. Danach hatten wir eine boot-fähige SD-Karte, die wir in das BBB einlegen konnten. Wenn man es nun startete, bootete es automatisch von der SD-Karte und installierte Ubuntu. Nach ca. 10min war dieser Installations-Prozess abgeschlossen.

2. Oben genannte Programme und Bibliotheken installieren 3. Mount-Point der SD-Karte bestimmen

Die SD-Karte dient uns zum Austausch zwischen dem BBB und dem Computer. Hier speichern wir alle Programme und Messdaten und können sie anschließen bequem an einem Windows-PC bearbeiten und auswerten.

Bei Linux muss man, anders als bei Windows, jedes Gerät bei Systemstart einhängen (mounten). Wenn man das nicht bei jedem Start neu machen will, kann man es in eine Datei (/lib/fstab) speichern, damit es automatisch nach Systemstart ausgeführt wird. Dabei kann man den Ein-hängepunkt beliebig bestimmen. Wir lassen die SD-Karte immer in das home-Verzeichnis ein-hängen, so sehen wir die Dateien sofort.

4. WLAN Ad-hoc-Netzwerk erstellen

Um den Livevideo-Stream zu senden, braucht man eine direkte Verbindung zwischen Laptop und BBB (Ad-hoc-Netzwerk). Das BBB dient dabei als Host, d.h. es bietet ein WLAN-Netzwerk an, mit dem man sich ganz bequem mit einem Windows-Laptop verbinden kann. Damit wir das Netzwerk nicht bei jedem Systemstart neu einrichten müssen, haben wir die Befehle dazu in die crontab gespeichert. Das ist eine Liste mit Befehlen, die bei jedem Systemstart oder nach einer bestimmten Zeit ausgeführt werden. Diese Verbindung nutzen wir dann nicht nur für den WLAN-Stream, sondern auch um auf das Terminal des BBB zuzugreifen. Mit dem Programm „putty“ für Windows müssen wir nur die IP-Adresse des BBB eingeben und haben danach Zugriff auf die Konsole und können alle Befehle ausführen oder uns Dateien anzeigen lassen. So können wir, auch wenn das BBB mit allen Sensoren im Gehäuse eingebaut ist, noch Änderungen am Pro-gramm vornehmen oder bei verschiedenen Tests im Freien nur einzelne Sensoren über Befehle ansteuern.

53

5. Aktivierung der Serial-Ports

Um mit dem BBB die seriellen Geräte (O2-Sensor, xBee oder GPS) anzusteuern, braucht man serielle Ports. Diese findet man am Pin-header des BBB, sie sind aber nicht standardmäßig akti-viert. Um dies zu machen, braucht man einen Devicetree-Overlay. Dazu muss man die fertigen Devicetree-Overlays-Dateien im Internet herunterladen und in den Ordner /lib/firmware kopie-ren. Aktivieren kann man sie dann mit dem Befehl echo enable-uartx > /sys/devices/bone_capemgr.9/slot, wobei man für x den gewünschten Port einsetzt. Da man die-se Befehle bei jedem Systemneustart eingeben muss, haben wir sie einfach in das Endprogramm mit rein geschrieben.

54

5.4 Softwareentwurf

Wir haben ein Masterprogramm geschrieben, welches mit Ausnahme des WLAN-Streams alle Aufgaben übernimmt: Das Starten des WLAN-Stream-Programmes, das Auslesen der Sensoren und des GPS-Moduls, das Umrechnen der gemessenen Sensordaten in verwendbare Werte sowie das Speichern der umgerechneten Werte, auch die Telemetrie von GPS-Daten und Sensorwerten.

Anforderungen

Das Programm soll Temperatur, Druck, Beschleunigung und einen Sauerstoffsensor auslesen, außerdem Daten vom GPS-Modul empfangen. Die Sensoren werden teilweise über I2C angesteu-ert und ausgelesen. Schließlich werden die Werte umgerechnet und zum einen in Logdateien gespeichert, zum anderen werden die Daten über das xBee Modul versendet. So können wir die geforderten Werte wie Höhe und Fallgeschwindigkeit ermitteln.

Datenmanagement (Abschätzung des benötigten Speichers)

Unser Endprogramm ist lediglich 14KB groß, zusammen mit sämtlichen Bibliotheken kommen wir auf einen Speicherplatzverbrauch von unter 16MB. Der Python Compiler verbraucht ca. 23.3MB. Der verwendete Texteditor GNU Nano v. 2.2.6 ist ca. 1.5MB groß.

Somit kommen wir auf einen Gesamtspeicherplatzverbrauch von ca. 40MB. Allerdings haben wir im Beaglebone Black 4GB Speicherplatz, zusätzlich eine SD-Karte mit einem Speicherplatz von 16GB. Es wird also kein Speicherplatzproblem geben. Das Video der Flycam wird auf einer sepa-raten SD-Karte gespeichert. Das Webcam-Video, das live an die Bodenstation geschickt wird, können wir leider nicht lokal im Satelliten speichern. Wir werden es aber an der Bodenstation speichern, sofern wir einen Livestream empfangen.

Programmiersprache (Python)

Wir haben uns für die Programmiersprache Python entschieden. Sie ist recht einfach zu pro-grammieren, da sie auf gute Lesbarkeit des Quellcodes ausgelegt ist. Der benötigte Python Com-piler ist schon vorinstalliert auf der von uns verwendeten Ubuntu Version 14.04. Ein zusätzli-cher Grund für unsere Wahl war die Verfügbarkeit von diversen Bibliotheken die wir benötigen, was zu einer erheblichen Vereinfachung im Vergleich zu C führt, wenn man Hardware anspre-chen will.

55

WLAN-Stream

Ziel des WLAN-Streams ist es, die Videodaten von der Webcam abzugreifen, die Daten dann zu kodieren und dann in das verbundene Netzwerk zu streamen. Da das kodieren und streamen von Videodaten aber sehr komplex ist, verwenden wir ein bereits im Internet verfügbares Pro-jekt (Molloy, D. [DerekMolloyDCU]. (2013, July, 19). Beaglebone: Streaming Video from Embed-ded Linux [Video file]. Retrieved from http://youtu.be/-6DBR8PSejw).

Das Programm komprimiert die Videodaten in der hocheffizienten Videokompression H.264 (auch: MPEG-4 AVC), welche von der von uns verwendeten Logitech HD Pro Webcam C920 un-terstützt wird. Damit ist es auch möglich FullHD Videodaten zu komprimieren.

Abbildung 44: Bildqualität von H.264

Bild-Quelle: http://www.logitech.com/assets/52305/video-frame-compression-h264.jpg

Hier sieht man die deutlich bessere Bild- und Videoqualität von H.264.

Schließlich sendet das Programm die komprimierten Videodaten über WLAN. Dabei verwendet es das sogenannte Real-time Transport Protocol, kurz RTP. Dieses Protokoll ist extra dafür da, Medien-Streams zu transportieren. Damit ist es perfekt für unsere Zwecke geeignet.

Das Stream-Programm wird in unserem Endprogramm als Subprocess (Hintergrundprozess) aufgerufen. So können beide Programme, das Endprogramm und das Stream-Programm, simul-tan laufen.

56

5.5 Sensorik

Im Nachfolgenden Text erklären wir die einzelnen Sensoren genauer.

Bmp085

Bei dem bmp085 handelt es sich um einen Sensor, der den barometrischen Druck und die Tem-peratur misst. Der Sensor sitzt direkt über dem BBB. Der Bmp085 ist ein Referenzsensor, was bedeutet, dass wir beim Start den Referenzdruck auslesen müssen. Durch das Programm wer-den diese Daten ausgelesen und mit dem gemessenen Wert verrechnet, dabei erhält man die

Druck und Temperatur. Der Sensor ist über I2C an den gleichen Ports wie der ADXL345 angeschlossen und benötigt eine Spannung von 3,3 Volt. Die Daten lassen sich sehr ein-fach in eindeutige Druck und Tem-peraturwerte umrechnen. Die Nach-teile sind, dass es schwer ist den Sensor über I2C anzusteuern.

Abbildung 45: Struktogramm 1

57

Tmp36

Bei dem tmp36 handelt es sich um einen analogen Temperatur Sensor. Es sind davon zwei Sen-soren an unterschiedlichen Stellen im AslSat 2 verbaut. Die Sensoren sind an zwei analogen Ports im BBB angeschlossen und benötigen eine Spannung von 3,3 Volt. Der Vorteil des Sensor ist das er einfach zu programmieren ist. Jedoch beträgt seine Genauigkeit nur +-0,5 °C.

Abbildung 46: Struktogramm 2

58

O2

Den Sensor haben wir vom IRS bekommen. Er kann den molekularen Sauerstoffgehalt messen. Der Sensor wird an einem Digitalen Port ausgelesen. Der Sensor benötigt eine Spannung von 5 Volt und muss sich beim Einschalten erst auf 450 °C aufheizen. Der Sensor besitzt einen Zwi-schenprozessor der die gemessene Spannung in Digitale Werte umrechnet welche seriell ausge-lesen werden. Dabei werden Werte in Hexadezimal vom O2 Sensorprozessor geschickt die im Programm umgerechnet werden.

Abbildung 47: Struktogramm 3

59

ADXL345

Der ADXL345 ist ein Beschleunigungssensor. Er wird mit I2C ausgelesen und sendet die Be-schleunigung für alle 3 Raumachsen. Der Sensor kann bis zu 16 g messen. Der Sensor schickt bei der jeweiligen Beschleunigung eine Zahl von 0 bis 255 und Daten in welchem Bereich er sich befindet: +-2 g, +-4 g, +-8g und +-16g. Aus diesen Daten bildet das Programm einen Zahlenstrang der die Beschleunigung zeigt. Der Sensor benötigt die Spannung von 3,3 Volt.

Abbildung 48: Struktogramm 4

60

Endprogramm

Alle Sensoren sind in unserem Endprogramm einge-baut. Dieses Programm speichert alle Daten in eine Datei, die auch nach Neustart nicht überschrieben wird. Ebenso werden alle Messdaten über das xBee zu unserer Bodenstation geschickt. Das Programm steuert im Hintergrund die Webcam an, die einen Videostream zu unserer Bodenstation sendet. Damit das Programm beim Raketenstart läuft, ohne auf einen Befehl von au-ßen angewiesen zu sein, schreiben wir den Befehl @reboot python /root/SDKarte/Endprogramm.py in den Autostart (crontab) des BBBs. Damit wird das Pro-gramm automatisch gestartet, sobald der Satellit ange-schaltet wird.

(Blockdiagramm befindet sich im Anhang)

Abbildung 49: Struktogramm 5

61

5.6 Bergungssystem

Herleitung: Berechnung der Gewichtskraft: An unserer Nutzlast(m) greift eine Kraft F an, diese berechnet sich aus der Newtonschen Grundgleichung F= & ⋅ " Berechnung der Stromungswiderstandskraft: F= :;⋅<⋅=⋅>

?

Gleichsetzen von 1. und 2.: & ⋅ "=:;⋅<⋅=⋅>

?

Berechnung von r: zuvor: A= ! ⋅ " & ⋅ "= :;⋅#⋅+

?⋅=⋅>?

⋅$⋅%

:;⋅#⋅=⋅>?= " ±' ⋅$⋅%

:;⋅#⋅=⋅>?= r Da unser Radius, logisch gesehen nicht negativ sein kann, kommen wir zu dieser Endgleichung: " = ' ⋅$⋅%

:;⋅#⋅=⋅>?

62

Fallschirmberechnen:Gegebene Werte:

Masse: m = 0,35 kg

Ortsfaktor: g = 9,81 N/kg

Luftwiderstandbeiwert: cw = 1,2

Annahme der Atmosphäre als Isotrope-Schichtung mit n=1.325 und () = 1.225 /%$0

Luftdichte: ρ =() ∗ 11 − 1231 ∗ %

4∗56∗ 7ℎ9:

;<=;

Geht man von einer Höhe von h = 1000 Metern aus, kommt man auf:

( = 1.11158 /%$0

Da wir jedoch zwei Bergungssysteme für zwei unterschiedliche Witterungsbedingungen haben, benutzen wir zwei unterschiedliche Fallgeschwindigkeiten:

Geschwindigkeit 1: v = 15 m/s

Geschwindigkeit 2: v = 8 m/s

"1 = ' 2⋅0,35⋅9,811,2⋅!⋅1,1238⋅112 = 0.081 m

"2 = ' 2⋅0,35⋅9,811,2⋅!⋅1,1238⋅82 = 0,159 m

Für den zweiten Radius haben wir folgenden Fallschirm ausgewählt:

http://www.raketenmodellbau-klima.de/Raketenmodellbau/Ersatz-Bauteile/Fallschirme-Flatterbaender/Fallschirm-35cm.htm?shop=raketenklima&SessionId=&a=article&ProdNr=8589&t=23&c=88&p=88

Nachdem wir den Fallschirm gekauft haben, testeten wir ihn im Windkanal des AEROSPACELAB und kamen auf eine Fallgeschwindigkeit von 7 m/s.

63

Um den Fallschirm testen zu können mussten wir errechnen wie lange er mit der Nutzlast von 350 g fallen muss, bevor die gewünschte Geschwindigkeit erreicht wird. Wie aus Abbildung 50 ersichtlich wird, wird die Geschwindigkeit von 15 m/s erst nach etwa 5 Sekunden erreicht, was eine Fallstrecke von etwa 60 Metern erfordern würde. Aus diesem Grund sind wir im Weiteren an den Windkanal des Aerospace-Labs gegangen und haben dort unsere Fallschirme getestet.

Abbildung 50: v/t - Diagramm

! Wir benötigen einen Fallschirm mit einem Radius von 8 cm.

Den ursprünglichen Fallschirm mit einem Durchmesser von 35 cm wollten wir hierfür zurecht-schneiden, da es keine so kleinen Fallschirme zu kaufen gibt. Leider schlug auch diese Idee fehl, da die Stabilität des Fallschirms zu schlecht war, als wir die gewünschte Fallgeschwindigkeit von 15 m/s erreicht hatten. Auch mit dem nächsten, kleineren Fallschirm, den wir zum selbst basteln gekauft hatten erging es uns nicht besser.

Schließlich schnitten wir den Fallschirm aus einem Müllsack heraus und verstärkten die Ecken mit Isolierband. Nach dem Anbringen der Schnüre testeten wir den Fallschirm im Windkanal und siehe da: Wir erreichten eine Windgeschwindigkeit von 15,07 m/s.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 5 10 15 20

Geschwindig-keit v in m/s

Zeit t in s

Abbildung 51: Versuch mit dem Fallschirm im Windkanal

64

Abbildung 52: Unser erster selbstgebastelter Fallschirm

Leider stabilisierte sich der Fallschirm im Windkanal nicht gut, weshalb wir versuchten ein Loch hinein zu schneiden. Nach vielen Versuchen und vielen gebasteltem Fallschirmen, kamen wir zu dem Ergebnis, dass ein größerer Fallschirm, mit mehreren Löchern die beste Lösung sei.

Im Windkanal funktionierte alles und wir bekamen eine Windgeschwindigkeit von 15 m/s und mehr Stabilität als in Abb. 50 heraus.

Flächenberechnung Fallschirm:

Fläche = Ganze Fläche – Mitte – äußere Löcher – innere Löcher

C = 6 ∗ √3 ∗ %%

4 − 6 ∗ √3 ∗ %$

4 − 6 ∗ 7GH ∗ ℎH + ℎH ∗ 1J&9 − 6 ∗ KG0 ∗ ℎ0 + ℎ0 ∗J0 − G02 L

%% = 13J&, %$ = 3J&, GH = 5,5J&, G0 = 1,5J&, ℎH = 1,5J&, ℎ0 = 1,8J&, J0 = 3,8J&

C = 334,0J& = 0,0334&

Die Fläche ist ähnlich groß wie unser Fallschirm ohne Löcher, den wir mit einem Durchmesser von 20 cm gebaut haben und 15m/s schnell ist. Die Differenz zur berechneten Fallschirmfläche von 206,1J& ist mit der Veränderung der Strömung durch den Fallschirm zu erklären, da in der Rechnung von einer geschlossenen Halbkugel ausgegangen wird. Außerdem können Mess-fehler beim Ablesen des Federkraftmessers das Ergebnis verfälschen.

Abbildung 53: Unser Fallschirm für den CanSat Start

65

5.7 Bodenstation

Unsere Bodenstation besteht aus einem xBee Pro, einem Arduino Uno Board und zwei Laptops. xBee: Wir verwenden zwei xBee Pro Module um Sensorwerte und GPS-Daten live zur Bodenstation zu senden. Das eine xBee Modul ist mit dem Beaglebone auf dem Satelliten verbunden und dient als Sender. Das zweite xBee ist am Boden über einen Arduino mit einem Laptop verbunden. Laut Datenblatt beträgt die maximale Reichweite (Line of sight)des xBees ca. 1.5km. Bisherige Tests ergaben, dass wir Werte von 1,3km (Schlossberg Herrenberg) mit Leichtigkeit überbrücken können. Diverse Probleme beim Verbinden und beim Senden wurden behoben. Wir senden mit einer Geschwindigkeit von 9600 baud. Diese Datenrate ist zwar relativ gering, garantiert jedoch eine höhere Ausfallsicherheit als z.B. 115200 baud. Leider sind wir auf die in Deutschland legale Sendeleistung von lediglich 10mW beschränkt.

Abbildung 54: Arduino mit einem xBee-Modul

66

Arduino Uno: Wir verwenden das Arduino Uno Board als zentrales Bauteil der Bodenstation, da es eine sehr günstige Lösung darstellt, um xBee und Laptop zu verbinden, außerdem reicht die Rechenleis-tung des Arduinos für diese Aufgabe bei weitem aus. Das xBee Modul ist am Arduino an 3.3V, GND und Pin 10 angeschlossen. Port 10 fungiert als RxD (aus der Sicht vom Arduino). Die TxD-Leitung (aus der Sicht vom Arduino) wurde bewusst nicht angeschlossen, da der Arduino mit Spannungsspitzen von bis zu 5V arbeitet, welche das xBee zerstören könnten (das xBee verträgt nur maximal 3.3V). Laptop: Wir verwenden einen Laptop, der die empfangenen Daten in einer Datei speichert. Dazu wird der Arduino mit dem Laptop verbunden und ein Terminal-Programm gestartet, welches die Da-ten aufgreift und speichert. Zusätzlich werden die Daten auch schon auf dem BBB im Satelliten gespeichert. Mit einem weiteren Laptop werden wir versuchen, eine WLAN-Verbindung aufzubauen, um einen Video-Livestream (siehe Video-Livestream) zu empfangen, wofur wir eine Yagi-Antenne verwenden. Um den Satelliten zu bergen, werden wir die zuletzt empfangenen GPS-Daten in ein GPS-Gerat eingeben, mit dem wir uns dann zu ihm navigieren lassen.

67

6 Spezifikation

In diesem Kapitel steht die Spezifikation, die wir uns gegeben haben. Bei jeder Anforderung steht auch, wie wir sie im Laufe der Entwicklung, dem Bau und den Tests überprüfen wollen. Die Anforderungen des CanSat Wettbewerbs wurden in der Spezifikation umgesetzt.

6.1 Einführung

Es soll eine Nutzlast für den Cansat-Wettbewerb 2014 erstellt werden, die dann auf einer Klein-rakete geflogen werden soll. Die Nutzlast wird auf einer bestimmten Höhe ausgeworfen und wird mittels eines Fallschirms zur Erde zurückkehren. Während des Sinkfluges soll Telemetrie in Form von Luftdruck, Temperatur und Beschleunigungsdaten aufgezeichnet werden. Zusätz-lich soll eine Videoaufzeichnung und Einzelbilder gemacht werden. Als Sekundärmission wird mit einem Sensor, des Institutes für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart, molekularer Sauerstoff gemessen werden. Ein weiteres Experiment ist ein Sender, mit dem der Satellit mit dem DGSN geortet werden kann.

Die Telemetrie und die Bilder sollen über zwei Funkverbindungen an die Bodenstation gesendet werden. Zur Positionsbestimmung und zur Bergung soll ein GPS-Modul benutzt werden.

6.2 Anwendbare und Referenz Dokumente

1. http://cansat.de/wettbewerb_anforderungen.html [09.06.2014] 2. Zwischenbericht und Designdokument DCSW2014_2.0-20140403-101353

6.3 Verifikationsmethoden

Analyse (A)

Ähnlichkeit (S) von englisch similarity

Review des Designs (R)

Inspektion (I)

Test (T)

68

6.4 Allgemeine Anforderungen

V-Methode: R ASL2-RQ-6.4.1

Die Entwicklung, Fertigung und der Test sollen im Zwischenbericht und Abschlussbericht be-schrieben werden. Zusätzlich sollen die Aktivitäten laufend intern dokumentiert werden.

V-Methode: - ASL2-RQ-6.4.2

Der Satellit soll den Flug mit der Rakete überleben.

V-Methode: R ASL2-RQ-6.4.3

Der Satellit soll sicher sein und darf niemanden gefährden. Explosive Stoffe sind verboten.

V-Methode: R ASL2-RQ-6.4.4

Der Satellit muss eine Sekundärmission erfüllen. Diese soll die Messung der Beschleunigung und weiterer Temperatursensoren, der Messung des molekularen Sauerstoffs, Aufnahme von Bildern und eines Videos, der Ortsbestimmung mit GPS sowie das DGSN Experiment beinhalten.

6.5 Mechanische Anforderungen

V-Methode: A, R, I ASL2-RQ-6.5.1

Der Satellit soll zylindrisch ausgeführt werden.

V-Methode: A, R, I ASL2-RQ-6.5.2

Die maximalen Abmessungen des Satellitenkörpers ausgenommen Antennen und Bergungsvor-richtung dürfen 115mm Höhe und 66mm Durchmesser nicht überschreiten.

V-Methode: I ASL2-RQ-6.5.3

Antennen und Bergungsvorrichtung dürfen im Anschluss an den Satelliten einen maximalen Raum von 45mm Höhe und 66mm Durchmesser einnehmen.

69

V-Methode: A, T ASL2-RQ-6.5.4

Der Satellit muss eine Gesamtmasse von 350g haben.

V-Methode: R, I ASL2-RQ-6.5.5

Seitlich und an der Unterseite des Satelliten darf nichts über die maximalen Abmessungen bzw. die Hülle des Satelliten hinaus stehen. Öffnungen sind erlaubt. Ausgenommen sind Antenne und Bergungssyteme.

V-Methode: R ASL2-RQ-6.5.6

Antenne und Bergungsvorrichtung müssen so verstaut werden, dass sie bis zum Auswurf nicht verrutschen können.

V-Methode: S ASL2-RQ-6.5.7

Der Fallschirm muss einer maximalen Kraft von 1.000N standhalten.

V-Methode: A ASL2-RQ-6.5.8

Der gesamte Aufbau muss einer Belastung von maximal 20g standhalten.

V-Methode: A ASL2-RQ-6.5.9

Die Verzögerung des Satelliten muss 15 m/s betragen.

V-Methode: R ASL2-RQ-6.5.10

Der Powerswitch muss einfach von außen erreichbar sein.

V-Methode: R, I ASL2-RQ-6.5.11

Der Akku muss leicht auszubauen sein.

V-Methode: A ASL2-RQ-6.5.12

Die Gesamtkosten dürfen einen Betrag von 500€ nicht übersteigen.

70

V-Methode: R ASL2-RQ-6.5.13

Es dürfen keine explosiven Materialien verwendet werden.

V-Methode: A ASL2-RQ-6.5.14

Die Flugzeit darf maximal 120 Sekunden betragen.

6.6 Thermale Anforderungen

V-Methode: T ASL2-RQ-6.6.1

Der Akku darf das Beaglebone nicht bis zum Ausfall erwärmen.

V-Methode: T ASL2-RQ-6.6.2

Die Erwärmung der Elektronik darf die Temperaturmessung nicht beeinflussen.

V-Methode: A ASL2-RQ-6.6.3

Thermischer Verzug in der Struktur muss vernachlässigbar sein.

6.7 Elektrische Anforderungen

ASL2-RQ-6.7.1 V-Methode: R

Ein Akku soll als Energieversorgung verwendet werden.

ASL2-RQ-6.7.2 V-Methode: A, T

Die Akkuleistung muss ausreichen, um alle Sensoren und Verbraucher gleichzeitig zu betreiben.

ASL2-RQ-6.7.3 V-Methode: T

Es soll eine Funkverbindung für Telemetrie vorhanden sein.

71

ASL2-RQ-6.7.4 V-Methode: T

Luftdruck und Temperatur müssen gemessen werden.

ASL2-RQ-6.7.5 V-Methode: T

Während des Fluges sollen Bilder und ein Video aufgezeichnet werden.

ASL2-RQ-6.7.6 V-Methode: S

Die Position soll über GPS bestimmt werden.

ASL2-RQ-6.7.7 V-Methode: T

Eine WLAN-Verbindung für die Übertragung der Daten soll genutzt werden.

72

7 Projektplanung

7.1 Arbeitsstrukturplan

73

Nr. Arbeitspakete Input Datum Start Beschreibung Zuständige/r Datum Ende Output Status1. Auswahl der Akkus Vorgaben + Abschätzung 10.03.2014 Auswahl eines Akkus, der genug Leistung und Kapazität erbringt Golo 10.03.2014 LIPO Star Turbo 7,4 V/450 mAh Abgeschlossen2. Auswahl des Prozessorboards 27.03.2014 Auswahl einer Platine anhand Leistungskriterien Uli 27.03.2014 BeagleBoneBlack(BBB) Abgeschlossen3. Regelung der Akkuspannung (DC/DC) Ausgabe Akku+Benötigung BBB 09.06.2014 Auswahl eines DC/DC Wandlers, um 7,4 V des Akkus auf 5 V zu regeln Golo 09.06.2014 DC/DC Wandler iCF12V Abgeschlossen4. Temperatursensor Analog Vorgabe 10.06.2014 Auswahl eines Analogen Temperatursensors im Bereich -20°C - 90°C Lukas 31.07.2014 TMP36GT9Z Abgeschlossen5. Temperatursensor I2C Vorgabe 03.03.2014 Auswahl eines I2C Temperatursensors im Bereich -40°C - 85°C Lukas 03.03.2014 Sensor BMP085 Abgeschlossen6. Drucksensor Vorgabe 03.03.2014 Auswahl eines Drucksensors im Bereich 300 -1100 hPa Lukas 03.03.2014 Sensor BMP085 Abgeschlossen7. Beschleunigungssensor 03.03.2014 Auswahl eines Beschleunigungssensores im Bereich von 0-16 g Martin 03.03.2014 ADXL345 Abgeschlossen8. O2 Sensor Sekundärmission 05.05.2014 Messung des molekularen Sauerstoffs Lukas 05.05.2014 IRS-O2/CO2 Sensor Abgeschlossen9. Flycam 10.03.2014 Video aufzeichnen Nadine, Martin 10.03.2014 FlycamOne eco HD Abgeschlossen10. Webcam 10.03.2014 Bilder machen Justus 03.07.2014 Logitech HD Pro Webcam Abgeschlossen11. Xbee Telemetrie 10.03.2014 Anschluss an BBB und senden Telemetrie Martin 10.03.2014 Xbee Pro Abgeschlossen12. Wlan Flycam, Webcam 08.05.2014 Sender von Bildern während des Flugs Justus 08.05.2014 Wlan Stick 802,11b/g/n Nano Abgeschlossen13. GPS Vorgabe Bergung 02.05.2014 Positionsbestimmung Justus 02.05.2014 GPS Lowpower MT 3329 Abgeschlossen14. USB-Kabel löten Bauraum 07.06.2014 Kabellänge bestimmen anhand von Position USB-Hub und Wlan-Stick Nadine 09.06.2014 Fertige USB-Kabel Abgeschlossen15. USB-Hub löten USB Hub Auswahl 07.06.2014 Anschluss von Webcam und Wlan Golo, Nadine 12.06.2014 Fertiger USB-Hub Abgeschlossen16. USB-Hub Auswahl Wlan, Webcam, Bauraum 09.05.2014 Auswahl eines Möglichst kleinen aktiven USB-Hubs mit 4 Ports Golo 09.05.2014 USB-Hub 95670 Abgeschlossen17. Missionpatch erstellen 19.05.2014 Erstellung eines Missionpatch Greta 09.06.2014 Missionpatch Abgeschlossen18. Struktur erstellen Inneren Aufbau festlegen, Last 02.06.2014 Erstellen der Sturkut in Solid Works Jonas 21.08.2014 Fertige Struktur Abgeschlossen19. Inneren Aufbau festlegen Alle Komponenten 02.06.2014 Festlegen des Aubaus in Solid Works Jonas 21.08.2014 Fertiger innerer Aufbau Abgeschlossen20. Struktur fertigen Struktur erstellen 30.07.2014 Fräsen der Struktur Jonas 11.09.2014 Fertige Struktur Abgeschlossen21. Struktur zusammenbauen Struktur gefertigt 31.07.20114 Zusammenbau der fertigen Struktur mit den Komponenten Jonas 14.09.2014 Fertiger Prototyp Abgeschlossen22. Schaltung Druck Drucksensor ausgewählt 18.04.2014 Verstehen und Aufbau einer I2C Schaltung mit Temperatur und Beschleunigungssensor Golo, Nadine 12.05.2014 Fertige Druckschaltung Abgeschlossen23. Schaltung Temperatur analog Analogsensor ausgewählt 31.07.2014 Schaltung zur Auslesung des analoen Temperatursensors, beliebige Position Lukas 12.07.2014 Fertige Temperaturschaltung Abgeschlossen24. Schaltung Temperatur I2C Temperatursensor ausgwählt 18.04.2014 Verstehen und Aufbau einer I2C Schaltung mit Druck und Beschleunigungssensor Golo, Nadine 12.05.2014 Fertige Temperatur I2C Schaltung Abgeschlossen25. Schaltung Beschleunigungssensor Beschleunigungssensor ausgewählt 09.06.2014 Verstehen und Aufbau einer I2C Schaltung mit Druck und Temperatur Martin 11.06.2014 Fertige Beschleunigungsschaltung Abgeschlossen26. Schaltung O2 Sensor O2 Sensor vorhanden 06.06.2014 Spannungsschutzschaltung für IRS-Sensor Lukas 07.06.2014 Fertige O2 Schaltung Abgeschlossen27. Schaltung DC/DC DC/DC Wandler ausgewählt 10.06.2014 Schaltung zur Ansteuerung des DC/DC Wandlers Golo 24.07.2014 Fertige DC/DC Schaltung Abgeschlossen28. Hauptplatine fertigen Alle Schaltungen erstellt 31.07.2014 Zusammenfügen aller Schaltungen Golo 08.09.2014 Fertige Hauptplatine Abgeschlossen29. Auswahl des Fallschirms Berechnung des Fallschirms 06.03.2014 Auswahl einer Fallschirms, der die Vorgaben erfüllt Nadine, Greta 06.03.2014 Fallschirm 35cm Durchmesser Abgeschlossen30. Anbringung des Fallschirms Auswahl des Fallschirms + Vorgabe 11.09.2014 Halterung, die den Fallschirm vor Abreißen schützt Nadine, Greta 19.09.2014 Befestigung des Fallschirms Abgeschlossen32. Berechnung des Fallschirms Vorgaben 06.03.2014 Berechnung des Fallschirmradius mit Vorgaben Nadine, Greta 06.03.2014 Radius von 0,12 m Abgeschlossen33. Programm Temperatursensor Schaltung Temperatur erstellt 28.07.2014 Erstellung eines Programms für den Temperatursensor Lukas 30.07.2014 Programm Temperatursensor Abgeschlossen34. Programm Temperatursensor I2C Schaltung Temperatur I2C erstellt 28.04.2014 Erstellung eines Programms für den Temperatursensor I2C Lukas 12.05.2014 Programm Temperatursensor I2C Abgeschlossen35. Programm Drucksensor Schaltung Druck erstellt 28.04.2014 Erstellung eines Programms für den Drucksensor Lukas 12.05.2014 Programm Drucksensor Abgeschlossen36. Programm Beschleunigungssensor Schaltung Beschleunigung erstellt 10.06.2014 Erstellung eines Programms für den Beschleunigungssensor Martin 12.06.2014 Programm Beschleunigungssensor Abgeschlossen37. Programm GPS 02.06.2014 Erstellung eines Programms für GPS Justus 21.08.2014 Programm GPS Abgeschlossen38. Programm Xbee 02.06.2014 Erstellung eines Programms für Xbee Martin 02.06.2014 Programm Xbee Abgeschlossen39. Programm Wlan 03.07.2014 Erstellung eines Programms für den Wlan Stick Justus 10.09.2014 Programm Wlan Abgeschlossen40. Programm O2 Schaltung O2 erstellt 19.05.2014 Erstellung eines Programms für den O2 Sensor Justus 31.08.2014 Programm O2 Abgeschlossen41. Programm Webcam Webcam ausgewählt 31.07.2014 Erstellung eines Programms für die Webcam Justus 04.08.2014 Programm Webcam Abgeschlossen42. Programm Flycam aktivierung Flycam ausgewählt 15.06.2014 Erstellung eines Programms für die Flyam Nadine, Martin 25.08.2014 Programm Flycam aktivierung Abgeschlossen43. Programm Zeitschritte aufzeichnen 12.05.2014 Erstellung eines Programms für die Zeitschritte Lukas 12.05.2014 Programm Zeitschritte aufzeichnen Abgeschlossen46. Erstellung Masterprogramm Fertigstellung aller Programme 31.07.2014 Zusammenfügen aller Programme Martin, Justus,Lukas 11.09.2014 Fertiges Masterprogramm Abgeschlossen47. Auswahl des Betriebssystem Mögliche Verarbeitungsgeschwindigkeit 12.04.2014 Auswahl eines Betriebssystem für das BBB, das selbst wenig Leistung braucht Justus 12.04.2014 Ubuntu Abgeschlossen48. Auswahl Programmiersprache Mögliche Verarbeitungsgeschwindigkeit + Kompatibilität mit BBB28.04.2014 Auswahl einer Programmiersprache, die Auslesung I2C ermöglicht Lukas 28.04.2014 Phyton Abgeschlossen49. Tests duchführen Fertiger Prototyp 24.07.2014 Duchführung einer Testphase zur Fehlerfindung Alle 21.09.2014 Funktionstüchtigen Dosensatelliten Abgeschlossen50. Kalibrierung Temperatur I2C Temperatursensor I2C ausgewählt 05.05.2014 Kalibrierung des Temperatursensors I2C Lukas 31.07.2014 Temperatursensor I2C kalibriert Abgeschlossen51. Kalibrierung Temperatur Temperatursensor ausgwewählt 28.07.2014 Kalibrierung des Temperatursensors Justus 31.07.2014 Temperatursensor kalibriert Abgeschlossen52. Kalibrierung Druck Drucksensor ausgewählt 05.05.2014 Kalibrierung des Drucksensors Justus 31.07.2014 Drucksensor Kalibriert Abgeschlossen53. Kalibrierung Beschleunigung Beschleunigungssensor ausgewählt 11.06.2014 Kalibrierung des Beschleunigungssensors Martin 11.06.2014 Beschleunigungssensor Kalibriert Abgeschlossen54. Hauptschalter erstellen 28.07.2014 Hauptschalter muss an gut zugänglicher Stelle von außen positioniert werden Golo 31.07.2014 Hauptschalter Abgeschlossen55. Test des Fallschrims Struktur erstellt + Fallschirm vorhanden 11.09.2014 Fallschirm soll sich sicher von selbst öffnen Greta 19.09.2014 Öffnungsmechanismus Abgeschlossen56. Hülle GFK fertigen Struktur erstellt 14.07.2014 Soll am DLR gelegt werden Alle 21.07.2014 Hülle Abgeschlossen57. Dokumentation 28.02.2014 Nadine 21.09.2014 Abgeschlossen58. Öffentlichkeitsarbeit 28.02.2014 Nadine 21.09.2014 Abgeschlossen59. Arbeitspakete 11.06.2014 Nadine 11.06.2014 Abgeschlossen60. Zeitplan 11.06.2014 Nadine 11.06.2014 Abgeschlossen61. Arbeitsstrukturplan 10.06.2014 Nadine 10.06.2014 Abgeschlossen62. Spezifikation 07.06.2014 Nadine 09.06.2014 Abgeschlossen63. Prototyp für Testraketenstart in LPH Bauen Fertige Struktur+Elektronik+Software 30.07.2014 Erneuter Start mit einer Modellrakete beim DLR in Lampolshausen(LPH) Alle 05.08.2014 Abgeschlossen64. Testraketenstart in LPH durchführen Fertiger Prototyp 06.08.2014 Alle 06.08.2014 Abgeschlossen

7.2 Arbeitspakete

74

7.3 Zeitplan der CanSat Vorbereitung

Nr. Arbeitspakete 28.2 3.3 6.3 10.3 13.3 17.3 20.3 24.3 27.3 31.3 3.4 7.4 10.4 12.4 14.4 18.4 28.4 5.5 8.5 12.5 15.5 19.5 22.5 26.5 2.6 5.6 6.6 7.6 9.6 10.6 11.6 12.6 13.6 14.6 15.6 16.6 19.6 23.6 26.6 30.6 3.7 7.7 10.7 12.7 14.7 17.7 21.7 24.7 28.7 31.7 4.8 7.8 11.8 14.8 18.8 21.8 25.8 28.8 31.8 1.9 4.9 8.9 11.9 15.9 18.9 21.9 06.10.2014 10.10.20141. Auswahl der Akkus2. Auswahl des Prozessorboards3. Regelung der Akkuspannung (DC/DC)4. Temperatursensor Analog5. Temperatursensor I2C6. Drucksensor7. Beschleunigungssensor8. O2 Sensor9. Flycam10. Webcam11. Xbee12. Wlan13. GPS14. USB-Kabel löten15. USB-Hub löten16. USB-Hub Auswahl17. Missionpatch erstellen18. Struktur erstellen19. Inneren Aufbau festlegen20. Struktur fertigen21. Struktur zusammenbauen22. Schaltung Druck23. Schaltung Temperatur analog24. Schaltung Temperatur I2C25. Schaltung Beschleunigungssensor26. Schaltung O2 Sensor27. Schaltung DC/DC28. Hauptplatine fertigen29. Auswahl des Fallschirms30. Anbringung des Fallschirms32. Berechnung des Fallschirms33. Programm Temperatursensor34. Programm Temperatursensor I2C35. Programm Drucksensor36. Programm Beschleunigungssensor37. Programm GPS38. Programm Xbee39. Programm Wlan40. Programm O241. Programm Webcam42. Programm Flycam aktivierung43. Programm Zeitschritte aufzeichnen46. Erstellung Masterprogramm47. Auswahl des Betriebssystem48. Auswahl Programmiersprache49. Tests duchführen50. Kalibrierung Temperatur I2C51. Kalibrierung Temperatur52. Kalibrierung Druck53. Kalibrierung Beschleunigung54. Hauptschalter erstellen55. Öffnung des Fallschrims56. Hülle GFK fertigen57. Dokumentation58. Öffentlichkeitsarbeit59. Arbeitspakete60. Zeitplan61. Arbeitsstrukturplan62. Spezifikation

DefinitionsphaseSpezifikationsphaseEntwicklungsphaseFertigungBetrieb

Legende:ErledigtAusstehendToleranzÜberzogenWeniger Zeit benötigtPausiertÜberarbeitet

75

7.4 Budget

Unsere bisherigen Aufwendungen sind in nachfolgender Tabelle aufgelistet. Die benötigten elektronischen Bauteile nehmen die meisten Kosten ein. Der Preis für das benötigte Aluminium wurde über die Bauteilgröße bestimmt, der Preis für das GFK-Rohr anhand der Angebote im Internet. Für den O2 Sensor mussten wir die Kosten schätzen, da er eine Beistellung ist. Von dem Cansat Kit wurden keine Teile verwendet und daher hier auch nicht berücksichtigt.

Wir haben uns an das maximale Budget von 500€ erfolgreich gehalten.

Kosten ProduktbeschreibungGesamt 464,43 €

AnschaffungenProzessorboard 52,95 € Beagle Bone Black (BBB)Akku 6,95 € LIPO Star TurboWebcam 78,03 € Logitech HD Pro WebcamWlan Stick 8,32 € Wlan Stick 802,11b/g/n NanoXbee 30,92 € Xbee ProGPS 38,75 € GPS Lowpower MT 3329USB Kabel 1,95 € USB-Hub 4,16 € USB-Hub 9567002 Sensor 15,00 € geschätzt, da BeistellungFallschirm 9,90 € Fallschirm 35cm DurchmesserDC/DC Wandler 4,33 € DC/DC Wandler iCF12VDrucksensor 6,73 € Sensor BMP085Temperatursensor 1,50 € TMP36GT9ZBeschleunigungssensor 24,62 € ADXL345Flycam 99,95 € FlycamOne eco HDStruktur 3,00 € GFK-RöhreStruktur 47,10 € AluminiumElektronische Bauteile 2,00 € PlatineElektronische Bauteile 2,00 € Kabel, WiderständeKleinteile 1,96 € SchraubenHauptschalter 2,25 € Ein/Aus KippschalterSpeicherkarten 22,06 € Micro-SD 16 GB

76

7.5 Externe Unterstützung

Unsere Projektgruppe ist Teil des Jugendforschungszentrums AEROSPACE LAB in Herrenberg, das von einer Vielzahl von externen Sponsoren unterstützt wird. Hauptpartner sind die Stadt Herrenberg, das DLR, die Universität Stuttgart, die Helmholtzgemeinschaft, der Landkreis Böb-lingen und viele weitere. Eine Liste mit allen Unterstützern kann auf unserer Homepage www.aerospace-lab.de/kooperationen/ nachgesehen werden. Die Kosten für den Cansat Wett-bewerb von 500 € sind in unserem jährlichen Projektbudget bereits enthalten. Wir mussten daher für die Finanzierung nicht auf die Suche nach weiteren Sponsoren gehen.

Zur Durchführung der Mission sind wir aber weitere Kooperationen eingegangen. Für die Mes-sung des molekularen Sauerstoffs werden wir vom Institut für Raumfahrtsysteme der Uni Stutt-gart unterstützt. Dieses stellt uns den Sensor und ihr Knowhow zur Verfügung. Außerdem dür-fen wir die dortigen Anlagen zur Kalibrierung unserer Sensoren benützen. Am Institut für Bau-weisen- und Konstruktionsforschung durfte Marvin Schneider die dortigen Anlagen nutzen, um das GFK Rohr der Außenhülle herzustellen. Die nötigen Materialien, meist Reste, werden uns kostenlos zur Verfügung gestellt. In der Kostenkalkulation wurde dieses Material pauschal be-rücksichtigt. Zuletzt unterstützt uns Andreas Hornig bei der Entwicklung des Bodensegments für das DGSN Experiment.

77

8 Testkonzept

Nachfolgend wird das Testkonzept unserer Cansat Entwicklung beschrieben. Zunächst wird dem Testplan in Tabelle 2 eine Übersicht über die Tests (erste Spalte) gegeben und im Zuge welcher Testkampagne (erste Zeile) sie durchgeführt werden sollen. In Tabelle 3 wird die Verbindung zwischen unseren Anforderungen und den Tests und Analysen hergestellt, die wir durchführen wollen, um nachzuweisen, dass wir jede Anforderung auch erfüllt haben. Review des Designs, Inspektion und Ähnlichkeit werden kontinuierlich überprüft und deshalb hier nicht extra be-trachtet.

8.1 Geplante Tests

Tabelle 2: Testplan

Labor-test

Außentest

Modellrake-tenflug

Segel-flug

Kalibrier-ung am IRS

Temperatursensor X X X X X Drucksensor X X X X X Beschleunigungssen-sor

X X X X

O2 Sensor X X X X X Funk der Telemetrie X X X X WLAN Verbindung X X X X Flycam X X X Webcam X X X X Akkuleistung X X Erwärmung vom BBB X Erwärmung ohne Be-einflussung der Mes-sungen

X

Gesamtmasse X Funktionstüchtigkeit des Dosensatelliten

X X X X X

Labortest: Tests die wir im Aerospace Lab durchführen können z.B. mit Messgeräten.

Außentest: Tests auf größere Distanzen. Die Bodenstation wurde auf dem gegenüber-liegenden Berg platziert um die Funkverbindung auf Entfernungen über 1 km zu testen.

Modellraketenflug: Wir erhielten die Möglichkeit, unseren Dosensatelliten vorab bei einem zweiten Flug in Lampoldshausen auf seine Funktionstüchtigkeit zu testen.

78

Segelflug: Der anfangs geplante Hexakopterflug wurde in einen Segelflug umgeän-dert. Dabei überprüften wir nochmals alle Funktionen, sowie die Entfer-nung für die Funkverbindung.

Kalibrierung im IRS: Die Kalibrierung der Sensoren findet in der kommenden Woche statt. Tabelle 3: Verifikationsmatrix

Analysis (A) Test (T) ASL2-RQ-6.5.1 Solid Works - ASL2-RQ-6.5.2 Solid Works - ASL2-RQ-6.5.4 Solid Works Gesamtmasse ASL2-RQ-6.5.8 Rechnung - ASL2-RQ-6.5.9 Rechnung - ASL2-RQ-6.5.12 Auflistung Kosten - ASL2-RQ-6.5.14 Rechnung - ASL2-RQ-6.6.1 - Erwärmung vom BBB ASL2-RQ-6.6.2 - Erwärmung ohne Beeinflus-

sung der Messungen ASL2-RQ-6.6.3 Rechnung - ASL2-RQ-6.7.2 Leistungsabschätzung Akkuleistung ASL2-RQ-6.7.3 - Funk der Telemetrie ASL2-RQ-6.7.4 - Drucksensor und Tempera-

tursensor ASL2-RQ-6.7.5 - Webcam ASL2-RQ-6.7.7 - WLAN Verbindung

! Abgehakt heißt erfolgreich durchgeführt

Gesamtmasse:

Test durch Wiegen der Nutzlast. !

Erwärmung vom BBB:

Wir lassen den Prototyp laufen, bis sich eine konstante Temperatur am Akku und am BBB eingestellt hat. Diese darf das BBB nicht zum Abstürzen bringen. !

Erwärmung ohne Beeinflussung der Messungen:

Die Sensoren müssen so weit vom Akku und vom BBB entfernt sein, dass die Messungen nicht verfälscht werden. Dies testen wir in einem Probelauf der Nutzlast. !

Akkuleistung:

In einem Testlauf muss der Akku eine gewisse Zeitspanne die komplette Nutzlast unter Volllast betreiben. !

Funk der Telemetrie:

79

In einem Außentest werden wir die Verbindung auf Entfernungen bis zu 1 km testen. Da-zu stellen wir uns auf den gegenüberliegenden Berg und senden unsere Daten an das AEROSPACE LAB. !

Drucksensor und Temperatursensor:

Nach der Kalibrierung mit einer zwei Punkte Messung testen wir die Sensoren auf ihre Richtigkeit. Dies können wir mit einem anderen kalibrierten Thermometer kontrollieren. !

Webcam:

Ob die Webcam wirklich ein Video macht, testen wir natürlich zuerst durch die Ansteue-rung außerhalb des Prototyps und danach in einem Testlauf. !

WLAN-Verbindung:

Wie die Funkverbindung wird auch die WLAN Verbindung im Außentest getestet. !

8.2 Außentests

Während der Projektphase führten wir mehrere wichtige Außentests durch. Die meisten dieser Tests dienten dazu, die Telemetrie zu testen sowie die GPS- Daten.

Test 1:

Der erste dieser Tests fand am 14. September statt, auf dem freien Feld des Flugplatzes in Eutin-gen im Gäu. Hierbei testeten wir unsere Richtantennen, die zum gegebenen Zeitpunkt aus zwei Pringlesdosen bestanden. Jeweils eine der Pringlesdosen diente dem Empfang des WLANs und die andere dem des xBees. Leider empfingen wir von Anfang an keine xBee Daten, weshalb wir nun einen reinen WLAN Test durchführten. Martin Gotthardt, der für die Funkübertragung zu-ständig ist, war leider zum Zeitpunkt des Tests nicht dabei, um die Probleme zu lösen.

Doch auch beim WLAN Test wurden wir ent-täuscht, denn der Empfang, mit den Pringles-Antennen hielt gerade einmal 200 Meter lang.

Wir versuchten mehrfach eine Verbindung herzustellen, und mithilfe von GPS-Tracking haben wir gemessen, wie weit die Verbin-dung reichte. Schließlich verlegten wir den Test und maßen mit dem Signalanalysator und dem Netzwerkanalysator die Güte der Pringles-Antennen. Wie nach den Tests er-wartet sind diese für WLAN nicht gut geeignet.

Abbildung 55: Bodenstation beim Segelflug

80

Abbildung 57: GPS-Genauigkeit

Abbildung 56: Distanz der Telemetrie-Messung

Mit den Pringles-Antennen konnten wir das empfangen der Telemetrie also vergessen und so beschlossen wir, uns eine bessere zu besorgen. Wir liehen eine Yagi- Antenne und wiederholten den Versuch. Die Messungen freuten uns, da wir eindeutige Signale empfingen, die 10 Mal so stark waren, wie die der Pringles-Antennen.

Test 2:

Wir nutzen gleich die Gelegenheit, um einen weiteren Außentest durchzuführen. Dazu fuhren wir auf Feldwege, außerhalb von Herrenberg und positionierten uns 500 m voneinander ent-fernt. Die xBee Verbindung funktionierte diesmal einwandfrei, doch das WLAN brach ziemlich schnell ab. Als wir versuchten die Verbindung wiederherzustellen, gab es an der Bodenstation Treiberprobleme und wir brachen den Außentest ab. Trotzdem hatten wir es nun endlich ge-schafft das xBee erfolgreich über eine größere Entfernung zu testen. Da es nun keine Probleme mehr damit gab, beschlossen wir den im Zwischenbericht Angekündigten Außentest durchzu-führen und uns auf den Gegenüberliegenden Berg mit dem Satelliten zu positionieren und die xBee Verbindung auf eine Entfernung von 1,27 km zu testen.

Test 3:

Um die Reichweite unserer Antennen zu testen, ging Golo Voelker mit dem Satelliten auf den Schlossberg von Herren-berg. Dies bot sich an, da wir aus dem Fenster vom Aeros-pace Lab eine direkte Sichtver-bindung hatten. Die Distanz betrug 1,27km.

Wir richteten unsere Yagi-Antenne aus dem Fenster di-rekt auf den Turm, konnten den Satelliten mit dem WLAN-

Modul aber leider nicht empfangen.

Die Telemetrie empfingen wir jedoch ohne Probleme mit dem xBee Funkmodul. Damit hat zu-mindest das xBee den Reichwei-ten-Test bestanden, auch ohne Richtantenne. Wir gehen nicht davon aus, dass wir beim Rake-tenstart eine weitere Distanz als 1,3km überbrücken müssen. Au-ßerdem können wir im Notfall die Yagi-Antenne vom WLAN auf das xBee ummontieren.

Empfangener Standort

(Abweichung ca. 2m)

81

Letzteres testeten wir ebenfalls auf diese Entfernung und mussten die Antenne nicht einmal auf den Turm richten, um Daten zu empfangen.

Die übermittelten GPS-Daten gaben wir in Google-Earth ein und stellten mit Erstaunen fest, dass die Abweichung nur ungefähr 2m betrug. Damit sind wir uns sicher, dass wir den Satelliten nach dem CanSat Start schnell wieder finden werden.

Bezüglich des WLANs werden wir in der nächsten Woche am Satelliten einen anderen WLAN-Stick testen und hoffen, dass wir damit mehr Erfolg haben. Im schlimmsten Fall werden wir auf diese Distanz keinen Video-Livestream über WLAN empfangen können. Dies ist aber auch nicht sehr tragisch, da wir mit der Flycam zusätzlich ein Video aufzeichnen.

Außerdem werden wir die WLAN-Verbindung weiterhin zur Kommunikation und den Datenaus-tausch vor bzw. nach dem Raketenstart nutzen, womit sie auch einen Zweck erfüllt. Darüber hinaus können wir die WLAN-Verbindung auch zu Bergungszwecken nutzen. Denn wenn wir das WLAN-Netzwerk des BBB mit dem Laptop sehen, wissen wir, dass wir in der Nähe des Satelliten sind.

Abbildung 58: Yagi-Antenne wird ausgerichtet auf den Schlossberg

82

Abbildung 59: Unser erster Prototyp beim Einbau

Abbildung 60: Kurz vor dem Raketenstart

8.3 Test: Modellraketenflug

Für den Test des AslSat 2 in Lampoldshausen, arbeiteten wir Schüler zwei Wochen vor dem Start intensiv an dem Prototypen. Der Raketenstart, bei dem der Satellit auf eine Höhe von ca. 350m im Rahmen des DLR School Labs ge-schossen wird, diente hauptsächlich dazu die Telemetrie sowie die Struktur des Satelliten zu testen.

Für den Test reisten wir am 06.08.2014 erneut nach Lam-poldshausen und bekamen bei dieser Gelegenheit gleich eine Führung über das Gelände des DLRs.

Nach der Führung ging es dann gleich los aufs freie Feld, um die Bodenstation vorzubereiten. Nach dem Einschalten des Satelliten konnten wir jedoch leider keine Funkverbindung herstellen. Im Nachhinein stellte sich heraus dass sich das Kabel der Bodenstation gelöst hatte und wir deshalb keine Liveübertragung zustande bringen konnten. Das Problem des gelösten Kabels erkannten wir leider nicht Vorort und so mussten wir den Raketenstart ohne Funkverbindung vollziehen.

Aufgrund des Ausfalls der Funkverbindung wurde der Test zu einem reinen Strukturtest. Au-ßerdem hofften wir, dass die erhobenen Daten auf der SD Karte des BBB gespeichert wurden. Nach dem sicheren Landen des Satelliten stellten wir fest dass sich die Kupferpins der Hauptpla-tine gelöst hatten und somit die Stromversorgung des kompletten Satelliten zusammen gebro-chen war.

Auch fiel auf, dass Teile der Struktur teilweise stark verbogen waren. Der anschließende Analy-sebericht ist in zwei Teile aufgeteilt: Elektronik und Struktur. Im Anschluss können wir also sa-gen, dass der Test mit dem Modellraketenflug gescheitert ist. Nach der Korrektur unserer Fehler werden wir einen erneuten Test starten, jedoch nur mit dem Segelflugzeug, da die Beschleuni-gung von 40 g zu viel für unseren Satelliten war.

83

Analysebericht des Modellraketenflug

Elektronik:

Zu sehen ist der abgerissenen GND Pin der Sensorplatine. Nach dem Ausfall des Boards stürzte auch die Software ab.

Struktur:

Zu sehen ist die verbogene Halterung für das BBB. Mögliche Gründe für das Versagen der Struktur ist die Start- bzw. Separationsbe-schleunigung von ca. 40g wobei die Struktur auf eine Belastung von den angegeben 20g ausgelegt war.

Zu sehen die Deckelplatte die aufgrund der Raketenbauart auf der Unterseite des Satelli-ten eingebaut wurde. Die verbogenen Teile dienten als Befestigung für die BBB Halte-rung.

Abbildung 61: Abgerissener GND-Pin

Abbildung 63: Verbogene Deckelplatte

Abbildung 62: Verbogene BBB Halterung

84

8.4 Test: Segelflug

Eine weitere Testmöglichkeit nach dem Modellraketenflug für unseren Satelliten ergab sich am 14. September, da Jonas Menzel im Segelflugverein tätig ist. Er bot uns an, den Prototypen im Segelflugzeug mitzunehmen damit wir die Bodenstation und die Funk- sowie die WLAN-Verbindung testen können.

Wir machten uns also an die Arbeit unseren Prototypen rechtzeitig fertig zu bekommen. Geplant war der Zusammenbau auf Freitag den 12. September, doch aufgrund eines Fehlers in der Elekt-ronik, den wir nicht gleich entdeckten, gab es einen Kurzschluss. Daraufhin wurde die Struktur wieder auseinander gebaut und der Fehler wurde gesucht. Als wir den Fehler endlich entdeck-ten, standen wir ein wenig unter Zeitdruck, da nun noch einmal alle Lötstellen überprüft werden mussten, alle Sensoren getestet werden mussten und sämtliche Fehler im Programm gefunden werden mussten.

Behoben waren alle Fehler schließlich am Sonntag um ca. 13 Uhr. Doch nun musste noch die Struktur zusammengebaut werden. Da das Wetter nicht besonders gut war, war noch unklar ob Jonas überhaupt fliegen darf. Und sollte er fliegen dürfen, dann nur bis zu einer bestimmten Uhrzeit. Wir mussten uns also beeilen, doch schließlich und endlich war die Struktur zusam-mengebaut. Dann jedoch kam der erste Schock: das BBB bekam nur 3,3 anstatt 5 V. Golo vermu-tete sofort einen Fehler an den Widerständen und tauschte diese aus. Schließlich fehlte noch eine Verbindung auf der Platine und dann funktionierte alles wieder einwandfrei. Die Boden-platte schraubten wir dann noch im Auto fest, da wir nicht mehr viel Zeit hatten und noch eine 20-minütige Autofahrt vor uns hatten. Auf der Fahrt testeten wir dann schließlich noch alle Pro-gramme aus und stellten mit Erleichterung fest, dass alles funktionierte. Es konnte uns also nichts mehr davon abhalten unseren Prototypen mit dem Segelflugzeug zu testen.

Abbildung 64: Unsere Bodenstation

85

Sobald wir auf dem Segelflugplatz in Eutingen im Gäu ankamen, bauten wir die Bodenstation auf und setzten unseren Prototypen zu Jonas ins Segelflugzeug. Unsere Richtantennen, bestehend aus zwei Pringelsdosen, richteten wir auf das Segelflugzeug. Mit dem WLAN-Stick erhielten wir sofort Daten und das Bild der Webcam, doch die Verbindung über das xBee wollte nicht so recht funktionieren, da wir sie wegen Zeitmangel zuvor noch nicht getestet haben. Wir konzentrierten uns also auf die WLAN Verbindung und richteten die Pringelsdosen immer schön auf das Segel-flugzeug aus. Dabei stellten wir fest, dass eine Zielvorrichtung für die Antennen sinnvoll gewe-sen wäre. Als das Segelflugzeug dann endlich startete, kam der Schock: In dem Hauptprogramm war noch eine Zeitvorrichtung für Tests aktiviert gewesen. Es lief 750 mal durch und beendete dann das Programm. Leider endete es genau in dem Moment, als Jonas startete und wir hatten keine Möglichkeit mehr das Programm von der Bodenstation aus zu starten. Leider speicherte der Prototyp die Daten nicht einmal auf der SD-Karte, da das Programm ja zu Ende war. Wir starteten also gleich im Anschluss einen zweiten Versuch, da wir zwei Akkus dabei hatten. Wir konnten den Fehler schnell beheben.

Leider verloren wir auch beim zweiten Flug die aktive WLAN-Verbindung relativ schnell, doch zum Glück wurden unsere Daten dieses Mal auf der Speicherkarte festgehalten.

Im Anschluss testeten wir die WLAN-Verbindung noch einmal auf dem Boden, da wir nun ein freies Feld zur Verfügung hatten. Dabei stellten wir fest, dass die Pringels-Dosen keine weitere Entfernung als 200 Me-ter empfangen können. Damit erwiesen sich diese Pringelsdosen-Richtantennen als un-brauchbar und wir müssen neue Richtanten-nen bauen.

Abbildung 65: Der Prototyp wird im Segelflugzeug verstaut

Abbildung 66: Segelfluglandung

86

9 Öffentlichkeitsarbeit

Die Öffentlichkeitsarbeit spielt im AEROSPACE LAB schon seit langem eine wichtige Rolle. Da wir als Jugendforschungszentrum auf die Unterstützung von Sponsoren angewiesen sind, um überhaupt den Betrieb aufrechterhalten zu können, sind wir über das Jahr verteilt bei unzähli-gen Veranstaltungen vertreten und haben immer wieder Veröffentlichen in den lokalen Medien. Nachfolgend sind ein paar vergangene und geplante Highlights unserer Öffentlichkeitsarbeit dargestellt. Es wurde bewusst nicht unsere komplette Öffentlichkeitsarbeit dargestellt um den Rahmen des Berichts nicht zu sprengen.

9.1 Vergangene Veranstaltungen

Yuri’s Night 2014 in Stuttgart

Am 12.04.2014 wurde zum wiederholten Male im Planetarium Stuttgart die Yuri’s Night gefeiert. Neben einem umfassenden Programm für Kinder, stellen sich jährlich verschiedene Schüler- und Studentengruppen vor, die sich mit dem Thema Raumfahrt befassen. Wir hatten die Möglichkeit unseren Prototypen vorzuführen und auf die Teilnahme am Cansat-Wettbewerb zu verweisen.

Weitere Infos sind auf http://www.yurisnight.de verfügbar.

Abbildung 67: AEROSPACE LAB auf der Yuri's Night im Planetarium Stuttgart

87

Tag der Wissenschaft der Uni Stuttgart

Der Tag der Wissenschaft ist an der Universität Stuttgart langsam schon Tradition. Jedes Jahr aufs Neue stellt das AEROSPACE LAB hier Projekte für Jung und Alt vor. Auch wir waren dieses Mal wieder dabei um den CanSat Wettbewerb vorzustellen. Am 12.07.2014 fand sowohl diese Veranstaltung an der Universität in Stuttgart statt, als auch der Tag der offenen Tür des DLRs.

Auch am Tag der offenen Tür waren wir zahlreich vertreten, mit einem Stand und sogar einer Präsentation auf der Bühne des DLR. Wir Schüler brachten hierbei die Rakete des ersten DLR Raketenfluges mit und demonstrierten so unser Vorhaben und unser aktuelles Projekt, also den CanSat Wettbewerb. Am Stand präsentierten wir sowohl unseren ersten Satelliten, den AslSat 1, als auch das Video des Auswurfes aus der Rakete.

Da wir in unterschiedliche Schichten eingeteilt waren, konnten wir in kleinen Gruppen die Zeit nutzen und uns vor allem auf dem Gelände des DLR umsehen und uns informieren.

Abbildung 68: Vortrag auf der Bühne des DLR am Tag der offenen Tür

88

03.07.2014 Gewerbevereinsakademie Herrenberg zu Gast im AEROSPACE LAB

Am 03.07.2014 besuchte der Gewerbeverein Herrenberg das AEROSPACE LAB, um einen Vor-trag von Prof. Dr. -Ing. Heinz Voggenreiter, dem Institutsleiter des DLRs Stuttgart, anzuhören. Besagter Vortrag hieß „Im Spannungsfeld zwischen Neugier und Nutzen“ und handelte von den Kosten und Nutzen der Raumfahrt. Im Rahmen des Vortrags wurden im Vorfeld Flyer verteilt, wodurch viele Leute über das Ereignis informiert wurden.

Nach dem Vortrag, den wir durch unsere Mitgliedschaft im AEROSPACE LAB kostenlos besuchen durften, stellten wir den interessierten Besuchern die Modellrakete des DLR School Labs vor und berichteten selbstverständlich auch von unserer derzeitigen Mission: dem CanSat Wettbe-werb.

Besuch der Ministerialrätin bei uns

Am 24.07.2014 bekam das AEROSPACE LAB hohen Besuch. Frau Dr. Birgit Buschmann, die Ministerialrätin und Frau Wittkopp, Leiterin des Steinbeis-Transferzentrums in Baden Württemberg besuchten das Jugendforschungszentrum. Natürlich demonstrierte die Gruppe der Nanosatelliten auch das diesjährige Projekt des CanSats und die bisherig durchgeführten Projekte. Die beiden Da-men waren beeindruckt von den vielfältigen Möglichkeiten des Jugendforschungszentrums.

Abbildung 70: Frau Buschmann und Frau Wittkopp begutachten den ASL Sat 1

Abbildung 69: Golo präsentiert dem Gewerbeverein unser Projekt

89

Treffen der Helmholzgemeinschaft am 29.07.2014

Jährlich treffen sich hochrangige Vertreter der Universität Stuttgart des DLR um hier speziell die Kooperation zwischen Uni Stuttgart und DLR Stuttgart zu würdigen. Die Besonderheit des dies-jährigen Treffens war für das Jugendforschungszentrum eine besondere Ehre, da das Treffen in den Räumlichkeiten des AEROSPACE LAB stattfand. Dabei schauten sich hochrangige Vertreter der Uni und des DLR unsere Schülerprojekte an und wieder waren wir bereit, Auskunft über unsere Mission zu geben. Zu Gast waren unter anderem der Leiter des Instituts für Raumfahrt-systeme Herr Prof. Dr. –Ing. Stefanos Fasoulas, sowie hochrangige Vertreter der Universität Stuttgart, des DLR sowie der Helmholtz Gemeinschaft.

Abbildung 71: Jonas stellt den beiden Frauen unsere bisherige Struktur in Solid Works vor

Abbildung 72: Herr Fasoulas besucht das Jugendfor-schungszentrum

90

9.1 Geplante Veranstaltungen

Deutscher Luft- und Raumfahrt Kongress des DGLR

Geplant war die diesjährige Teilnahme am DLRK, um ebenso wie im vergangenen Jahr die Grup-pen des AEROSPACE LAB vorzustellen. Der Kongress findet jedoch leider vom 16. bis zum 18. September statt und kollidiert so mit dem Abschlussbericht des CanSat Wettbewerbs. Spätestens aber nächstes Jahr werden wir die Ergebnisse des Cansat Wettbewerbs dem interessierten Fachpublikum zeigen.

International Astronautical Congress 2015

Schon beim IAC 2011 in Kapstadt haben wir unsere Arbeit im AEROSPACE LAB einem internati-onalen Publikum von Experten aus aller Welt vorgestellt. Aufgrund der positiven Resonanz und dem gewissen wissenschaftlichen Anspruchs unserer Mission beim Cansat Wettbewerb wollen wir 2015 beim IAC in Jerusalem wieder dabei sein.

Beim diesjährigen IAC in Toronto sind wir, unsere Arbeit und unsere Teilnahme am Cansat Wet-tebwerb Teil des Papers “From ground to space: prototype development and evaluation of the tracking system for small satellites with the Distributed Ground Station Network (IAC-14,B4,3,8,x24390)”

9.2 Internetauftritte

Beiträge aller Gruppen des Aerospacelabs werden auf der Homepage http://www.aerospace-lab.de/ veröffentlicht. Neuigkeiten unserer Gruppe sind außerdem auf dem Blog http://asl-sat.jimdo.com/ zu finden. Vor allem in den nächsten Wochen, wenn der Bau und die Tests in eine heiße Phase gehen, werden wir unsere Neuigkeiten veröffentlichen.

ASL Sat 2Anhang

ASL Sat 2Integrationsanleitung

Cansat 2014 – Golo Voelker - Integrationsanleitung

Anmerkungen:

Alle elektronischen Bauteile werden an möglichen Berührungsstellen mit der Struktur mit Folie umwickelt.

Integrationsanleitung

1. Vorbereitung der einzelnen Komponenten a. Beaglebone Black b. Webcam c. USB-Hub

2. Zusammenbau a. GPS-Sensor b. Löten der xBee Platine c. Löten des Sensorboards d. Löten des WLAN-Sticks e. Löten der Webcam

Cansat 2014 – Golo Voelker - Integrationsanleitung

1.a. Beaglebone Black

Entfernen des LAN-Ports

Entfernen des Stromsteckers

Entfernen des USB-Hubs und anlöten von Kabeln mit einer Steckverbindung.

Entfernen des Micro USB Steckers

Abschleifen der nach unten herausragenden Stiften der Pinheader.

Passende Micro-SD Karte einstecken.

1.b. Webcam

Entfernen des Gehäuses.

Kürzen des Kabels sowie verzinnen der Enden.

1.c. USB-Hub

Entfernen des Gehäuses.

Ablöten des Verbindungskabels zum Computer und anlöten von Stiftleisten.

2 Zusammenbau

2.a. Einbau des GPS-Sensors

Anlöten von Kabeln an die Pins Vin, GND, TXD und RXD. Darauf den GPS-Sensor in die Deckelplatte einsetzten (s. Montageanleitung 1.b.)

Cansat 2014 – Golo Voelker - Integrationsanleitung

2.b. Löten der xBee Platine

Das xBee in die Platine einsetzten sodass die Leiterbahnen auf der Unterseite der Platine liegen. Daraufhin das xBee festlöten. Das GND und Vin Kabel, das von der Hauptplatine kommt, an die Position verlegen und Vin in Loch 4 befestigen. GND kann an einem beliebigen GND Port befestigt werden. Das GND Kabel der Akkuhalterung an einem beliebigen GND festlöten. Das Vout Kabel des Akkus an den Schalter löten.. An Loch 1 und 2 jeweils ein Datenkabel befestigen und an Loch 3 ein Vin Kabel befestigen außerdem ein GND Kabel am übrig gebliebenen Loch festlöten. Als letzten Schritt schleift man die nach unten überstehenden Pins des xBee ab. Nun kann die Platine wie in der Montageanleitung (s. 1.d.3) befestigt werden.

2.c. Löten des Sensorboards

Als erstes wird die Platine mit den Sensoren (ADXL 345 und BMP 085), den beiden Wiederständen (R1 240Ω; R2 1,1kΩ) sowie der iCF12V an der Platine befestigt (s. Bestückungsplan). Als zweites wird das, am Schalter befestigte Kabel in Loch 12 festgelötet. Als drittes wir das transceive Kabel des xBee in Loch 6 und das receive Kabel in Loch 7 befestigt. Als viertes wird das transceive Kabel des GPS-Sensors an Pin 21 am P9 Header befestigt sowie das resceive Kabel des GPS-Sensors am Pin 22 am selben Header. Als fünftes wird Das Vin Kabel sowie der GND von xBee Platine verlötet wobei der GND an einem beliebigen GND-Pin befestigt werden kann, während Vin an Pin 1 an die 3,3V des BBB angeschlossen wird. Sechstens werden die beiden Temperatursensoren TMP1 und TMP2 angeschlossen, wobei das Vin entweder an die Pins 2, 3 oder 4 gehängt werden kann und GND an einen beliebiges GND Loch kann, müssen die Dataout Verbindungen je nach Nummerierung in Loch 10 oder 11 festgelötet werden. Siebtens wird die FlyCam Eco HD angebracht. Dazu wird das GND Kabel an ein beliebiges GNDLoch angebracht. Das Vin Kabel wird in in einem Loch mit 5V befestigt (s. Belegungsplan). Das Kabel für das von der Kamera benötigten PWM Signal wird an Pin 13 des P8 Headers befestigt. Als letztes sollte ein Kabel von Vout des DC/DC zum Vin des BBB gelegt werden, sowie ein Kabel vom GND des BBB zu einem beliebigen GND Loch.

2.d. Löten des WLAN Sticks

Die Kontaktflächen des WLAN Sticks werden verzinnt und mit Kabeln versehen. Daraufhin werden die Kabel direkt an den USB Verteiler festgelötet.

2.e. Löten der Webcam

Genau wie die Befestigung des WLAN Sticks.

ASL Sat 2Montageanleitung

Cansat 2014 – Jonas Menzel - Montageanleitung

-1-

Montageanleitung

1. Baugruppenmontage a. Akkusystem b. Deckelplatte c. Verbindungsträger mit Webcam d. Verbindungsträger mit BeagleBoneBlack

2. Endmontage

Anmerkungen:

Alle elektronischen Bauteile werden an möglichen Berührungsstellen mit der Struktur mit Folie umwickelt.

Cansat 2014 – Jonas Menzel - Montageanleitung

-2-

1.a. Akkusystem

1. Der Akku (Pos. 16) wird wie in Abb. 1.0 in die Akkuhalterung (Pos. 10) eingelassen.

1.b. Deckelplatte

1. Die GPS Antenne (Pos. 23) wird wie in Abb. 1.1 mit Heißkleber auf die Deckelplatte (Pos. 6) geklebt.

2. Der Piezo-Summer (Pos. 24) wird wie in Abb. 1.2 mit Kleber an die Deckelplatte (Pos. 6) geklebt.

Abbildung 1.0: Akkusystem

Abbildung 1.1: Deckelplatte GPS

Abbildung 1.2: Deckelplatte Piezo

Cansat 2014 – Jonas Menzel - Montageanleitung

-3-

1.c. Verbindungsträger mit Webcam

1. Die Webcam (Pos. 14) wir die in Abb. 1.3 mit einer M2 Schraube (Pos. 1) und zwei M3 Schrauben (Pos. 3) an den Verbindungsträger mit Webcam (Pos. 7) geschraubt.

2. Die Flycam (Pos. 15) wird an die Flycam Halterung (Pos. 9) geklebt, zu sehen Abb. 1.4.

3. Die Flycam Halterung (Pos. 9) wird, wie in Abb. 1.5, mit zwei M3 Schrauben (Pos. 3 und Pos. 4) an den Verbindungsträger mit Webcam (Pos. 7) geschraubt. Hierzu ist es nötig, den Durchmesser beider Schraubenköpfe durch Abfeilen zu verkleinern.

Abbildung 1.3: Einschrauben Webcam

Abbildung 1.4: Aufkleben Flycam

Abbildung 1.5: Einbau Flycam Halterung

Cansat 2014 – Jonas Menzel - Montageanleitung

-4-

4. Abb. 1.6 zeigt, wie die Platine des 02Sensors (Pos. 20) auf den Verbindungsträger mit Webcam (Pos. 7) geklebt wird.

5. Die Halterung des O2Sensors (Pos. 11) wird, wie in Abb. 1.7 zu sehen, mit zwei M3 Schrauben (Pos. 3) an den Verbindungsträger mit Webcam (Pos. 7) geschraubt.

6. Der O2 Sensorkopf (Pos. 20) wird in die dafür vorgesehene Halterung (Pos. 11), wie Abb. 1.8, mit Kleber eingeklebt.

7. Der Wlan Stick (Pos. 21) wird nach Abb. 1.9 an die Flycam Halterung (Pos. 9) geklebt.

Abbildung 1.6: Aufkleben O2 Sensorplatine

Abbildung 1.7: Montage O2Sensorkopf Halterung

Abbildung 1.8: Einstecken O2Sensorkopf

Abbildung 1.9: Wlan Stick Ankleben

Cansat 2014 – Jonas Menzel - Montageanleitung

-5-

1.d. Verbindungsträger mit BeagleBoneBlack

1. Das BeagleBoneBlack (BBB, Pos. 13) wird mit vier M3 Schrauben (Pos. 3), nach Abb. 1.10, auf den Verbindungsträger mit BeagleBoneBlack (Pos. 7) geschraubt.

2. Die Hauptplatine (Pos. 18) wird, nach Abb. 1.11, auf das BBB (Pos. 13) gesteckt.

3. Das xBee (Pos. 19) mit Hauptschalter (Pos. 22) wird, wie auf Abb. 1.12, auf den Verbindungsträger mit BeagleBoneBlack (Pos. 7) geklebt.

Abbildung 1.10: Montage BeagleBoneBlack

Abbildung 1.11: Aufstecken Hauptplatine

Abbildung 1.12: Ankleben xBee

Cansat 2014 – Jonas Menzel - Montageanleitung

-6-

2. Endmontage

1. Die Baugruppe Verbindungsträger mit BeagleBoneBlack wird mit zwei M3 Schrauben (Pos. 3) an die Deckelplatte (Pos. 6), wie in Abb. 2.0, geschraubt.

2. Die Baugruppe Verbindungsträger mit Webcam wird mit zwei M3 Schrauben (Pos. 3) an die Deckelplatte (Pos. 6), wie in Abb. 2.1, geschraubt.

Abbildung 2.0:Montage Verbindungsträger mit BeagleBoneBlack

Abbildung 2.1: Montage Verbindungsträger mit Webcam

Cansat 2014 – Jonas Menzel - Montageanleitung

-7-

3. Der USB Hub (Pos. 17) wird, wie in Abb. 2.2, in den AslSat2 eingelegt.

4. Die Flycam (Pos. 14) wird, wie in Abb. 2.2, in den AslSat2 eingelegt.

5. Die GFK Hülle (Pos. 12), nach Abb. 2.3, wird auf den AslSat2 aufgesteckt.

Abbildung 2.2: Einlegen USB Hub und Flycam Platine

Abbildung 2.3: Aufstecken GFK Hülle

Cansat 2014 – Jonas Menzel - Montageanleitung

-8-

6. Die Baugruppe Bodenplatte wird, wie in Abb. 2.4, mit vier M3 Schrauben (Pos. 3) auf den Verbindungsträger mit BeagleBoneBlack (Pos. 7) und auf den Verbindungsträger mit Webcam (Pos. 8) geschraubt.

7. Die Baugruppe Akkusystem wird durch die Öffnung der Bodenplatte (Pos. 5) in den Satelliten eingeführt und, wie in Abb. 2.5, mit zwei M2,5 Schrauben (Pos. 2) fixiert.

Abbildung 2.4: Montage Bodenplatte

ASL Sat 2Technische Zeichnungen

[

$

%

=

=

[

[

[

$

%

==(UVWHOOWGXUFK

/¦QJHQPD¡H

=HLFKQXQJVQXPPHU

7LWHO]XV¦W]OLFKHU7LWHO

'RNXPHQWDUW

5HYLVLRQ

/HW]WHQGHUXQJ

.RVWUXNWLRQVGDWXP

'RNXPHQWHQVWDWXV

0D¡VWDE %ODWW.DQWHQ5DGLHQ 8QWHUVFKULIW

,62Y 0HQ]HO-RQDV,62P

'=HLFKHQVNL]]H

%RGHQSODWWH$VO6DW

$6/+%* $

IUHLJHJHEHQ

$

% =

=

<

<

[

[

[

[

A (5:1)

B (2:1)

Z-‐Z (2:1)

Y-‐Y (2:1)

Erstellt durch

Längenmaße

Zeichnungsnummer

Titel, zusätzlicher Titel

Dokumentart

Revision

Letzte Änderung

Kostruktionsdatum

Dokumentenstatus

Maßstab BlattKanten, Radien Unterschrift

15.08.2014

ISO 2768 -‐ v 2:1 (5:1)

Menzel, Jonas

ISO 2768 -‐ m

2D Zeichenskizze

Deckelplatte AslSat 2

ASL-‐HBG-‐0000003 A

17:40

freigegeben

1/1

[

[

5

% %

[

[

[

[

$ $

A-‐A (1:1)

B-‐B (1:1)Erstellt durch

Längenmaße

Zeichnungsnummer

Titel, zusätzlicher Titel

Dokumentart

Revision

Letzte Änderung

Kostruktionsdatum

Dokumentenstatus

Maßstab BlattKanten, Radien Unterschrift

14.08.2014

ISO 2768 -‐ v 1:1

Menzel, Jonas

ISO 2768 -‐ m

2D Zeichenskizze

BeagleBonehalterung AslSat 2

ASL-‐HBG-‐0000004 A

14:50

freigegeben

1/1

=

= A

[

[

Z-‐Z (1:1)

[

A (2 : 1) Erstellt durch

Längenmaße

Zeichnungsnummer

Titel, zusätzlicher Titel

Dokumentart

Revision

Letzte Änderung

Kostruktionsdatum

Dokumentenstatus

Maßstab BlattKanten, Radien Unterschrift

26.06.2014

ISO 2768 -‐ v 1:1 (2:1)

Jonas Menzel

ISO 2768 -‐ m

2D Zeichenskizze

Verbindungsträger mitWebcam AslSat 2

ASL-‐HBG-‐0000008 A

17:30

freigegeben

1/1

[5

[

[

(UVWHOOWGXUFK

/¦QJHQPD¡H

=HLFKQXQJVQXPPHU

7LWHO]XV¦W]OLFKHU7LWHO

'RNXPHQWDUW

5HYLVLRQ

/HW]WHQGHUXQJ

.RVWUXNWLRQVGDWXP

'RNXPHQWHQVWDWXV

0D¡VWDE %ODWW.DQWHQ5DGLHQ 8QWHUVFKULIW

,62Y

0HQ]HO-RQDV

,62P

'=HLFKHQVNL]]H

$NNXKDOWHUXQJ$VO6DW

$6/+%* $

IUHLJHJHEHQ

[

[

26HQVRUKDOWHUXQJ

)O\FDPKDOWHUXQJ

(UVWHOOWGXUFK

/¦QJHQPD¡H

=HLFKQXQJVQXPPHU

7LWHO]XV¦W]OLFKHU7LWHO

'RNXPHQWDUW

5HYLVLRQ

/HW]WHQGHUXQJ

.RVWUXNWLRQVGDWXP

'RNXPHQWHQVWDWXV

0D¡VWDE %ODWW.DQWHQ5DGLHQ 8QWHUVFKULIW

,62Y 0HQ]HO-RQDV,62P

'=HLFKHQVNL]]H

)O\FDP26HQVRU+DOWHUXQJ$VO6DW

$6/+%* $

IUHLJHJHEHQ

$6/+%* $6/+%*

Erstellt durch

Längenmaße

Zeichnungsnummer

Titel, zusätzlicher Titel

Dokumentart

Revision

Letzte Änderung

Kostruktionsdatum

Dokumentenstatus

Maßstab BlattKanten, Radien Unterschrift

06.08.2014

ISO 2768 -‐ v 1:1

Menzel, Jonas

ISO 2768 -‐ m

2D Zeichenskizze

Glasfaserverstärkte KunststoffHülle AslSat 2

ASL-‐HBG-‐0000012 A

19:35

freigegeben

1/1