2022
Mai
16

1. Platz beim deutschen CanSat-Wettbewerb!

Unsere finale Abschlusspräsentation zum deutschen CanSat-Wettbewerb 2021/2022 fand am 12. Mai via Videokonferenz statt. Bei dieser Veranstaltung präsentierten die Teilnehmerteams ihre ausgearbeiteten Daten der Startkampagne vor der Jury und den anderen Teams. Danach folgte eine Bewertung jedes Teams in Bezug auf das gesamte Projekt, wobei nach den Kriterien Lernfortschritt, Wissenschaftliches Arbeiten, Technische Umsetzung, Professionalität und Öffentlichkeitsarbeit gewertet wurde. Anschließend wurden die ersten vier Plätze genannt, wobei wir stolz verkünden dürfen, als bestes Team im deutschen CanSat-Wettbewerb dieses Jahres abgeschnitten zu haben!

Damit haben wir uns für den weiterführenden europäischen CanSat-Wettbewerb qualifiziert und werden in diesem Rahmen ab dem 20. Juni nach Bologna (Italien) reisen, um dort unsere Sonde ein weiteres Mal, diesmal gegenüber internationaler Konkurrenz, zu starten. Bis dahin erwartet uns noch eine Menge Arbeit, wozu beispielsweise Reparaturen oder auch Optimierungen der Sonde anhand frischer Erkentnisse aus der Startkampagne zählen. Hinzu kommt das Verfassen eines umfassenden Berichtes für den europäischen Wettbewerb, sowie das Installieren eines Funksystems im CanSat, über welches wir Daten an eine Bodenstation vor Ort senden können.

Die Umsetzung des Projektes wäre uns ohne die tatkräftige Unterstützung unserer Sponsoren und Betreuer nicht möglich gewesen, weshalb wir uns in diesem Sinne nochmals ausdrücklich bei diesen Bedanken wollen!

2022
Mai
16

Bericht 09.05.2022

Am Montag dem 9. Mai haben wir uns der Analyse unserer Gasproben gewidmet, und waren zu diesem Zweck mit Herrn Dr. Saathoff am KIT verabredet. Im Institut für Atmosphärische Aerosol Forschung (AAF) klärte uns dieser über die Funktionsweise des Protonen-Transfer-Massenspektrometers, sowie die Ausarbeitung der gemessenen Daten auf. Zudem durften wir eine sehr interessante Führung durch das Institut insbesondere der eindrucksvollen Wolkensimulationskammer innerhalb der Einrichtung genießen. Die Analyse unserer Gasproben konnten wir dabei aus nächster Nähe mitverfolgen, wobei wir viel über die Atmosphärische Aerosolforschung gelernt haben. Die fertigen Ergebnisse erhielten wir bereits kurz nach unserem Besuch in den nachfolgenden Tagen.

Wir bedanken uns daher ganz herzlich bei Herrn Dr. Saathoff und Yanxia Li für die Auswertung der Gasproben und den detailreichen Einblick ins IMK-AAF.

Protonen-Transfer-Massenspektrometer
Messinstrumente im IMK-AAF
Wolkensimulationskammer von Außen

2022
Apr
10

Bericht 10.04.2022

Inzwischen haben wir unseren CanSat wieder zurückbekommen. Das Wichtigste zuerst: alle Sensoren und Aktoren haben wie geplant funktioniert und wir konnten die Daten auf den SD-Karten auslesen. Zudem sind die Gassammelbeutel gefüllt.

Aufgrund eines Defekts an der Rakete ist unser CanSat zweimal geflogen, denn beim ersten Flug hat der Auslösemechanismus nicht funktioniert. Daher haben wir jetzt zwei Datensätze, die wir auswerten können. Nicht so gut ist hingegen, dass durch die zwei Flüge die Proben in den Gassammelbeutel verschmischt sind. Wir werden zusammen mit dem KIT prüfen, inwieweit die Luftproben noch verwertbar sind und welche Erkenntnisse sich daraus gewinnen lassen.

Wir haben schon damit begonnen, die gesammelten Sensordaten auszuwerten. Am 12. Mai 2022 findet das virtuelle Abschlussevent des Wettbewerbs statt, an dem wir unsere Ergebnisse präsentieren werden. Hier eine erste Preview auf die Auswertung:

Temperatur-Höhen-Profil

Das Temperatur-Höhen-Profil zeigt die Temperatur in verschiedenen Höhen. Dabei ist zu erkennen, dass es am Boden erwartungsgemäß deutlich wärmer ist als in höheren Lagen. Zudem nimmt die Temperatur ziemlich schnell ab und erreicht ihr Minimum bei ungefähr 500 Metern Höhe. Überraschend nimmt die Temperatur bei ungefähr 600 Metern nochmal um 1 Grad Celcius zu.

2022
Apr
5

Startkampagne 05.04.2022

Am Diensttag Nachmittag haben wir gespannt den Raketenstart unserer Sonde per Livestream verfolgt. Dieser startete um 17 Uhr und präsentiert in knapp 40 Minuten die teilnehmenden Teams, sowie Zusammenschnitte der voraufgezeichneten Raketenstarts und Bergungen der CanSats. Hierbei konnten die einzelnen Teams sich und ihr Projekt über selbsterstellte Videos vorstellen. Die Wiederholung des offizielle Livestream und unsere Teamvorstellung sind im folgenden verlinkt:

Nachdem wir unsere Sonde mitsamt der Gasproben zurückerhalten haben, ist unser Projekt jedoch noch nicht vorbei. Vor der virtuellen Abschlusspräsentation am 12. Mai steht nämlich noch die Auswertung der Proben mit Hilfe eines Protonen-Transfer-Massenspektrometers des KIT an. Wie brauchbar die gesammelten Daten letztlich sind bleibt daher zunächst abzuwarten.

2022
Feb
27

Bericht 27.02.2022

Da wir uns so langsam der Einsendung unseres CanSats zur Startkampagne nähern, ging es am vergangenen Samstag mit der Fertigstellung der Sonde weiter. Erstmals konnten wir das Pumpsystem, für das uns nun endlich alle Komponenten zur Verfügung standen vollständig in einen Probedruck unserer Struktur einbauen. Dadurch ist uns an einigen Stellen Optimierungsbedarf an der Außenhülle aufgefallen, was während der Planung im CAD-Modell nicht möglich gewesen wäre, da die Maße einzelner Bauteile in der Realität oftmals vom angegebenen ideal Wert abweichen. Zudem ließ sich die Schlauchführung des Pumpsystems nur schlecht vorausplanen, da wir die Schläuche im Inneren stark biegen müssen, ohne dass diese knicken und so den Innendurchmesser verkleinern. Dabei zeigten sich deutliche Platzprobleme im Inneren. Besonders an Stellen an denen sich Kabelmanagement und Pumpsystem queren, mussten wir einige Zeit herumprobieren, um alles unterzubringen. Die gesammelten Erkenntnisse können wir nun zur Konstruktion einer weiteren und womöglich finalen Version unserer Struktur nutzen.

Die Abbildung zeigt das Pumpsystem im Inneren der dafür vorgesehenen Segmente unserer Struktur. Die oberste Ebene in der sich eine Halterung für die Pumpe befindet, sowie die drei Gewindestangen zur Verbindung aller Segmente, wurden für eine bessere Übersichtlichkeit weggelassen.

Zu sehen sind die drei Zwei-Wege-Ventile (dunkelblau und weiß) und die darüber liegende Pumpe (schwarz und grau). An der orangenen Außenhülle sind am Rand drei durchsichtige Gassammelbeutel zu erkennen.

Des Weiteren stellten wir die Fallschirme für 11 m/s und 15 m/s Fallgeschwindigkeit fertig, bei denen bis lang noch die Befestigung vom Schirm an der Sonde über acht Nylon-Schnüre gefehlt hatte. Dabei verwendeten wir ein Feuerzeug, um diese unter Hitze an den Knotenpunkten miteinander zu verschmelzen.

Auch an der Elektronik unseres CanSats konnten wir weiter arbeiten. Zunächst bestückten wir dafür die industriell gefertigte Platine, die wir von Tesat erhalten hatten, indem wir den Arduino, Steckverbindungen und andere Bauteile auflöteten. Die Funktionalität überprüften wir dann einzeln, indem wir alle Sensoren und andere Komponenten über die Platine mit dem Arduino verknüpften und unsere Testprogramme ausführten. Dabei tauchten zum Glück keine Probleme auf.

In der Abbildung ist unsere fertige Platine mit aufgelötetem Arduino zu sehen.
Einige unserer Komponenten sind zum Test über provisorische Steckverbindungen angeschlossen
.

An den richtigen Kabelverbindungen arbeiten wir bereits, um eine sichere Verbindung zwischen den Sensoren und unserer Platine gewährleisten zu können.

2022
Feb
21

Unterstützung durch Tesat-Spacecom

Um die Elektronik unserer Sonde anzusteuern, benötigen wir viele Kabel und kleinere Komponenten wie Transistoren, die im Inneren der Hülle viel Platz einnehmen würden. Deshalb verwenden wir eine Leiterplatine, von der aus wir platzsparend und übersichtlich alle elektronischen Bauteile mit dem Mikrocontroller und unserer Stromquelle verbinden können.

Da die Leiterplatine eine zentrale Rolle in unserem CanSat spielt, ist es uns wichtig, dass diese optimal entworfen und mit professionell Equipment gefertigt wird. Wir danken daher dem deutschen Luft- und Raumfahrttechnikunternehmen Tesat-Spacecom für ihr freundliches Angebot uns mit wertvoller Expertise und einer industriell gefertigten Leiterplatine zu unterstützen. Vielen herzlichen Dank für Ihre Unterstützung!

2022
Jan
10

Bericht 04.01.2022 bis 09.01.2022

In der vergangenen Woche, ausgehend von Dienstag dem 4. Januar bis Sonntag dem 9. Januar, lagen unsere Schwerpunkte bei der Fertigstellung von Struktur, Platine und Hauptsoftware der Sonde. Hierzu haben wir uns zum Teil in Präsenz getroffen, während wir an anderen Tagen einzeln von Zuhause aus gearbeitet haben. Durch die Verwendung unseres GitHub Repository’s und einigen Kommunikationsprogrammen konnten wir uns dabei dennoch gut organisieren. Die Fertigstellung des CanSat’s gelang uns leider nicht wie geplant vor Ende der Ferien, da sich u.a. einige Bestellungen wichtiger Komponenten verzögerten.

Was die Struktur anbelangt, hatten wir die Möglichkeit die benötigten Metallteile für Deckel- und Bodenplatte der Sonde zu fertigen. Als Material haben wir für diese Aluminium gewählt, da es die benötigte Stabilität gewährleistet ohne dabei zu schwer ins Gewicht der Sonde zu fallen. Außerdem hatte sich die Verwendung von Aluminium in der Hülle bereits in vorherigen Projekten bewiesen. Beim Entwerfen eines finalen Strukturdesigns gab es zudem erhebliche Fortschritte: Nicht nur ist die Anordnung der Sensorik und Platzierung der Platine im unteren Teil des CanSat’s vollständig ausgearbeitet, sondern auch für die Befestigung des Pumpsystems insbesondere der Gassammelbeutel an der Außenhülle haben wir nun eine geeignete Lösung finden können. Insgesamt können wir die Planung der Struktur bald final abschließen und uns der Konstruktion des Gesamtsystems widmen.

3D Modell der Sonde ohne
Außenhülle der oberen Segmente

In der Abbildung sind in grau Aluminiumteile wie der kürzlich gefräste Deckel oder die drei Gewindestangen zu sehen, welche die einzelnen Segmente der Sonde zusammenhalten.

Unmittelbar unter dem Deckel befindet sich in blau das Pumpsystem, bestehend aus drei Zwei-Wege-Ventilen und der Luftpumpe selbst.

Über dem orangenem Segment ganz unten, welches die Außenhülle des unteren Bereichs darstellt, befindet sich ebenfalls in blau die Platine samt Mikrocontroller. Auf der rechten Seite des orangenen Bereichs befindet sich der An-Aus-Schalter. Die Sensorik sowie die Außenhülle des oberen Bereiches der Sonde sind zur Übersicht nicht in dieser Abbildung enthalten.

Metallteil in Bearbeitung
Drehmaschine
Deckelplatte aus Aluminium

Auch die Planung eines vorläufigen Platinenkonzepts, das auf die strukturellen und technischen Anforderungen unseres CanSat’s optimiert ist, konnte zu Beginn der Woche abgeschlossen werden. Eine kostengünstige Möglichkeit diese von einem professionellen Unternehmen drucken zu lassen ist bereits auch schon in Aussicht. Dabei warten wir jedoch noch auf die Expertise eines Fachkundigen, um unser Design noch einmal überprüfen zu lassen.

3D Modell der Platine während der Planung

Nachdem wir bei der Kalibrierung unserer Sensoren im Dezember feststellen mussten, dass die Ansprechzeiten unseres Temperatursensors nicht unseren Erwartungen entsprach, haben wir frühzeitig einen anderen Sensortyp bestellt und diesen in dieser Woche zum Laufen gebracht. Während wir zuvor länger als eine Minute gebraucht haben, damit Temperaturschwankungen von mehreren Grad Celsius auf eine Dezimalstelle genau angezeigt werden, geschieht dies mit dem neuen Sensor beinahe direkt binnen weniger Millisekunden.

Zuletzt haben wir damit begonnen, die Einzelprogramme der verschiedenen Komponenten nun im Hauptprogramm der Software zusammenzuführen und in den wesentlichen Programmfluss einzuarbeiten. Hierfür werden in naher Zukunft noch einige Tests anfallen, welche auf die Ermittlung einiger Zeitwerte für das Ansteuern des Pumpsystems abzielen.

2022
Jan
4

Untersützung durch MediSense

Für unsere Sekundärmission benötigen wir drei Gassammelbeutel, in die wir die verschiedenen Luftproben pumpen können. Damit wir möglichst unverfälschte Ergebnisse erhalten, müssen die Beutel belastbar und steril sein, daher eignen sich besonders Gassammelbeutel für den Laborbedarf.

Wir sind sehr dankbar, dass die niederländische Firma MediSense für uns die Mindestbestellmenge von zehn auf sechs Beutel reduziert hat. Dadurch konnten wir ihre Tedlar Bags mit Polypropylen Ventil für unseren CanSat verwenden. Vielen herzlichen Dank für Ihren Support!

2022
Jan
4

Bericht 03.01.2022

Nach einer etwas längeren Pause im Dezember haben wir uns nun am Montag wieder in Präsenz getroffen, um in der kommenden Woche weiter an unserer Sonde zu arbeiten und diese weitestgehend fertig zu stellen. Im Schwerpunkt heute stand dabei vor allem das Löten eines ersten Prototyps für unsere Platine. Auf dieser sollen der Mikrocontroller und ein Großteil der Verkabelung platzsparend untergebracht werden. Da parallel jedoch noch an der Verschaltung für das Pumpsystem gearbeitet wurde und es Schwierigkeiten mit dem Lötequipment gab, verzögert sich die Fertigstellung der Platine.

Des weiteren konnten wir heute die kürzlich bestellten Gassammelbeutel in Verbindung mit dem Pumpsystem testen. Dank der Unterstützung von MediSense war es uns möglich diese speziellen mit Polypropylen beschichteten Gassammelbeutel auch als Privatpersonen und in kleinerer Stückzahl zu erhalten. Da es essentiell für eine präzise Analyse der Luftproben ist, dass diese steril sind, haben wir hierfür zunächst drei Beutel zu Testzwecken ausgewählt und entsprechend markiert. Beim Start der Sonde verwenden wir dann die restlichen, völlig unbenutzten und noch sterilen Beutel.

Testen des Pumpsystems

Zudem haben wir direkt experimentell ausprobiert, wie die Gassammelbeutel an der Außenhülle angebracht werden müssen, damit sie sich beim Aufpumpen möglichst einfach entfalten können. Dabei bestand die größte Schwierigkeit darin, nicht die in den Anforderungen beschriebenen Maximalmaße zu überschreiten. Eine Lösung für das Problem fanden wir in der Verwendung von dünnen Gummibändern, welche die Gassammelbeutel im ungefüllten Zustand an der Außenhülle fixieren und beim Befüllen von diesen abrutschen. Da die Beutel beim Testen allerdings nicht ideal an der Hülle anlagen und uns für die Testversuche bisher nur ein 3D-gedruckter Testzylinder zur Verfügung stand, werden wir das Konzept noch etwas optimieren müssen.

Wie bereits im letzten Bericht erwähnt, sind uns einige Fehler im Selbsttestprogramm der Sensoren aufgefallen. So zum Beispiel war geplant, dass das Auslesen eines Sensors bei Überschreiten einer gewissen Zeitdauer abgebrochen werden soll, um zu verhindern, dass sich bei einem Wackelkontakt das ganze Programm aufhängt. Zwar konnten wir eine solche Zeitüberschreitung bisher detektieren, um die Funktion zum Auslesen des Sensors aber abbrechen zu können haben wir bislang keine Lösung gefunden.

2021
Dez
2

Bericht 02.12.2021

Dank der Unterstützung unseres Projektbetreuers und Physiklehrers Herr Dr. Schmidt konnten wir heute die in den vergangenen Wochen programmierten Sensoren mit genaueren Messgeräten für Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Temperatur unserer Schule abgleichen. Dafür haben wir mehrere Messreihen durchgeführt, in denen wir die Daten von unseren Sensoren parallel zum jeweiligen Messgerät des überprüften Wertes ausgelesen haben. Anschließend haben wir für jeden ausgelesenen Sensor einen Durchschnittswert berechnet und diesen mit dem des genaueren Messinstrument als Richtwert verglichen. Bei größeren Abweichungen vom ermittelten Richtwert können wir nur einen entsprechenden Faktor in der Software für den jeweiligen Sensor verwenden, um die erhaltenen Werte an die des genaueren Messgeräts anzugleichen und so gleichzeitig alle unsere Sensoren aufeinander abzustimmen.

Da wir heute aufgrund des regnerischen Wetters in Baden-Württemberg eine hohe relative Luftfeuchtigkeit von knapp 85% draußen messen konnten, die sich von der inneren Luftfeuchtigkeit im Schulgebäude mit ca. 35% abhob, war kein weiterer Versuchsaufbau nötig um mehrere Messreihen mit unterschiedlichen Werten zu erhalten. Auch die Kalibrierung der Temperatursensoren ließ sich bei den frostigen Außentemperaturen von 6° C leicht bewerkstelligen.

Messreihe drinnen mit allen Sensoren
Messreihe draußen mit allen Sensoren

Für den Luftdruck jedoch haben wir auf die Verwendung einer Vakuumglocke gesetzt, um so weitere Werte neben den 968 hPa auf Höhe unserer Schule zu erhalten. Hierfür blieb uns jedoch noch nicht ausreichend Zeit, sodass wir die Kalibrierung des Luftdrucksensors in naher Zeit noch vervollständigen werden.

Luftdruckmessung unter der Vakuumglocke

Des weiteren sind uns bei den heutigen Versuchsreihen Fehler im Programm zum Überprüfen der einzelnen Komponenten aufgefallen, welche wir in den kommenden Wochen beheben werden.

de_DEDeutsch