MySat Kit – это полноценный наноспутник 
(Наноспутник - это спутник, масса которого не превышает 10 кг, с полным набором необходимых функций, который может собрать любой желающий без специального образования или специфических инструментов. Работа с ПО спутника требует соответствующих навыков и для новичка может показаться чрезмерно сложной, но с хардверной частью проекта справиться несложно.
Данный проект создан силами украинской компании MySat UA, недавно он стартовал на Kickstarter, где на сегодняшний день собрал уже более $12,4 тыс. Давайте разберемся, что представляет из себя конструктор и для чего он нужен.
В первую очередь, это классная игрушка для взрослых и детей. Каждый желающий может самостоятельно сконструировать наноспутник и использовать его в качестве обучающей платформы для конструирования, сборки, программирования и запуска спутников, а также обучения основам сбора и регистрации данных для анализа изменений окружающей среды. Второе назначение спутника: с помощью установленных в девайсе датчиков можно проводить разного рода эксперименты, основанные на изменениях условий окружающей среды и их влиянии на спутник, а также использовать MySat Kit в исследовательских целях.
В 2020 году создатели устройства трижды проводили испытания с запуском MySat Kit на аэростате в стратосферу, так что это вполне пригодная к использованию исследовательская станция (справедливости ради — испытания в открытом космосе еще не проводились). Спутник может сохранять фото и данные с установленных датчиков на внутреннее хранилище объемом 4 ГБ (при использовании комплектной карты памяти) в течении 8 часов беспрерывной работы, а благодаря встроенному ПО можно настроить его использование таким образом, чтобы максимально экономно расходовать заряд аккумулятора.
Содержание
Упаковка и комплектация
Коробка стилизована таким образом, чтобы сразу же вызывать ассоциации с чем-то космическим: легкая фольга сверху, синяя картонная коробка с напоминающей логотип NASA эмблемой, обилие поролона, в котором все разложено по своим отсекам, и применение отзеркаливающих зип-локов. На самом деле все состоит из простых материалов, но за счет интересной подачи – выглядит как что-то профессиональное.
Кроме всех необходимых для сборки запчастей, в комплекте идет:
-
- Кабель для зарядки аккумулятора USB-C
- Прорезиненная отвертка
- Перчатки
- Карта памяти microSD на 4 ГБ
- Наклейки
- Инструкции
- Персональная деталь корпуса
Инструкции в комплекте нет, только ссылка на нее. Чтобы попасть на сайт с полноценным гайдом ссылку нужно вручную вбить в строку браузера с листа А4. Это не очень удобно, в конце 2021 года куда логичнее смотрелся хотя бы QR-код, а лучше бумажная базовая инструкция и код с ссылкой на дополнительную, развернутую, версию.
Заказать спутник можно в четырех модификациях. Они отличаются друг от друга наличием дополнительных деталей, таких как солнечные панели, сенсор качества воздуха и металлический корпус у самого дорогого варианта за $598 по предзаказу. В стартовом наборе же нет ничего, кроме платы, сенсоров и файлов для самостоятельной печати деталей корпуса. Стоит минимальный набор всего $98, в случае предварительного заказа, так что устройство по карману практически всем желающим. К нам на обзор попал третий по стоимости набор Space Fun Kit с полным комплектом и развернутыми инструкциями, старше которого только самый дорогой Space Geek Kit.
Материалы
Основной каркас MySat Kit напечатан на 3D-принтере из пластика, так что некоторые отверстия пришлось немного расширять, перед тем как вкрутить винты. Но качество печати на высоком уровне, так что после сборки все запчасти выглядят аккуратно. Это не просто бруски пластика, у каждого элемента есть свое конкретное применение, так что они должны располагаться на своих местах, относительно платы с компонентами. Все внутренние компоненты устанавливаются на PCB (Printed Circuit Board) плату.
Благодаря использованию простых материалов в дальнейшем вы сможете самостоятельно напечатать запчасти для спутника на 3D-принтере, скачав с GitHub модели для необходимых деталей.
Сфера использования, возможности и начинка
Устройство может работать от одного заряда до восьми часов при постоянном использовании. В это время вы можете делать фото при помощи установленной в одну из стенок корпуса камеры, или же задать спутнику параметры при которых он будет фотографировать, а также фиксировать данные с других датчиков, записывая их во внутреннюю память.
Немного подробнее о начинке.
Список модулей, комплектующих, внутренних и внешних датчиков выглядит следующим образом:
1. Основная PCB-плата для размещения всех компонентов
2. Центральный модуль с процессором ESP32, он же главный микроконтроллер, который отвечает за всю работу спутника.
Технические характеристики ESP32:
- WiFi 802.11b / g / n
- Bluetooth 4.2 LE с печатной антенной, разъем u.FL. (IPX13)
- 32 Мбит SPI флэш-память
- 4 Мб PSRAM
- Слот для microSD-карты до 4 Гб
- Габаритные размеры – 40.5 x 27 x 4.5 мм
- Вес – 10 гр.
3. Камера:
- разъем FPC
- Поддержка камер OV2640, OV7670
- Формат изображения – JPEG (поддерживает только OV2640), BMP, оттенки серого
- Светодиодная подсветка
- Расширение – UART, SPI, I2C, PWM
- Питание – 5 вольт через контактный разъем
4. Модуль с барометром BME280 5В I2C – цифровой метеорологический модуль, который поможет создать приборы умного дома, а также другие роботизированные устройства и игрушки на базе Arduino. Отвечает за измерение температуры, влажности и атмосферного давления в окружающем помещении. Данная модель поддерживает интерфейсы I2C и SPI. Такой модуль можно использовать для: обнаружения смены комнаты, фитнес-мониторинга, предупреждения об изменении температурных условий и расхода воздуха, улучшения GPS и навигации, прогноза погоды, а также вертикальной скорости (скорость подъема/опускания).
Технические характеристики барометрического модуля:
- Напряжение питания: 3.3 – 5 Вольт
- Энергопотребление: — 2.8uA при 1Hz
- Интерфейс: I2C
- Рабочая температура: -40 — +85°C
- Пределы: 300hPa — 1100hPa (+ 9000m to -500m)
- Диапазон измерения влажности: 0-100% RH
- Разрешение измерения температуры: 0.01°C
- Разрешение измерения влажности: 0.008%
- Разрешение измерения давления: 0.18Pa
- Точность измерения температуры: ±1°C
- Точность измерения влажности: ±3%
- Точность измерения давления: +-1Pa
- Вес: 1.2 гр.
- Габаритные размеры: 10мм x 13мм
- SDO LOW: 0x76 (по умолчанию)
- SDO HIGH: 0x77
5. Фоторезистор GL5528 — самый простой датчик света. В зависимости от силы освещения, а точнее силы света падающих на датчик лучей, изменяется внутреннее сопротивление фоторезистора. Сопротивление в полной темноте – 1 МОм, при освещении сопротивление падает до нескольких кОм, и при ярком свете – до сотен Ом. Для снятия данных с GL5528 достаточно сделать из него и обыкновенного резистора делитель напряжения. Легко подключается к устройствам на Arduino, AVR, PIC, ARM и т.д.
6. Модуль питания и зарядки аккумулятора 100-240 V на вход и 3х1600 mah на выход
7. Часовой модуль
8. Модуль с аналогово-цифровым преобразователем для измерения напряжения на резисторах и освещенности на каждой стороне
9. Светочувствительные сенсоры для определения освещенности и положения спутника относительно источников света
10. MPU-9250 – 9-осевой сенсор (трехосевой гироскоп + трехосевой акселерометр + трехосевой магнитометр). Выполняет функции сразу нескольких датчиков: это и гироскоп, и акселерометр, и магнитометр. В корпусе микросхемы объединены два кристалла: на одном расположен трехосевой гироскоп и трехосевой сенсор, а на втором – также трехосевой магнитометр Asahi Kaisei Microdevices. Данные из сенсоров оцифровываются 16-битными АЦП, обрабатываются с применением алгоритмов Motion Fusion сигнальным процессором DMP (Digital Motion Processor) и передаются внешнему микроконтроллеру по шине I2C/SPI. Питать модуль можно от 5 В, так как на плате датчика имеется линейный стабилизатор для данного типа питания, но подавать питание можно и при размере в 3,3 В. Использовать подобный модель можно в летательных аппаратах, смартфонах, робототехнике и различных манипуляторах и устройствах, связанных с 3D управлением и распознаванием жестов.
11. Аккумулятор 2500 мАч
12. Карта памяти microSD 4 ГБ
13. Внешний модуль программатора на USB-A
14. Светодиод сигнализирующий о том, что спутник включен
15. Яркий светодиод для дополнительного освещения (размещается над камерой)
Используя встроенные часы, вы можете запрограммировать MySat Kit, например, делать фото в определенное время или же усложнить сценарий и прописать съемку фото при определенной освещенности, температуре или положении относительно магнитного поля Земли. Также можно определять с какой скоростью спутник передвигается, на какой высоте он находится, узнать точную температуру и влажность окружающей среды.
Такой набор функций открывает широкое поле для экспериментов, даже если устройство находится в комнате или учебном классе, и еще сильнее расширяет его, если вы найдете как запустить наноспутник в стратосферу.
Процесс сборки
Для того, чтобы собрать свой собственный спутник, вам понадобится минимальный набор навыков. Все сделано с расчетом на то, чтобы пользователь смог это сделать без использования специальных инструментов или клея. Из инструментария задействуется только крестообразная отвертка для соединения деталей корпуса друг с другом, а все остальное входит в соответствующие пазы и не требует дополнительных креплений.
Сам процесс сборки занимает около двух часов и не должен вызвать трудностей, если вы хотя бы раз держали в руках отвертку. Он чем-то напоминает пластиковые коллекционные модельки для настольных игр или металлический конструктор прошлого века (хоть он и не изобилует железными деталями, но определенные ассоциации есть).
Детали хорошо подогнаны друг к другу, хоть поначалу и кажется, что они могут не подойти, но по завершению вы получите аккуратный кубик. Плата располагается внутри на 4 пластиковых ножках, которые вкручиваются в основание куба. Сам же каркас скрепляется обыкновенными квадратными гайками и винтами с крестовой резьбой.
Элементы, располагающиеся на плате, также устанавливаются довольно легко, по типу конструктора, и не требуют навыков пайки, они вставляются в подготовленные для них пазы. Любую деталь можно без проблем заменить, сняв верхнюю крышку. Датчики также подключаются довольно просто, с использованием вилочковых коннекторов.
Дизайн
Первое, что бросается в глаза – это RBF (Remove Before Flight) система включения спутника, пользоваться которой на ежедневной основе хотел бы, наверное, каждый ребенок в мире. Для включения питания необходимо вытянуть из гнезда штекер, чтобы замкнуть цепь питания и включить устройство. На данном этапе это реализовано при помощи обычного 3,5 mm jack для наушников, но эмоции от использования даже такого простого механизма, при правильном оформлении, сугубо позитивные.
В моем наборе на 4 из 6 сторон корпуса располагаются различные датчики. На левую сторону, относительно основной, вынесен индикатор включения и датчик освещенности. На правой только датчик освещенности. На задней стороне находится эмблема ракеты с персональным лого заказчика (в нашем случае это надпись ITC.UA). На условно центральной стороне вы обнаружите объектив камеры, вход USB-C, светодиод для освещения, порт для прошивки и механизм включения аппарата.
Индикация уровня заряда происходит посредством 4 светодиодов: 25%, 50%, 75% и 100% соответственно. Зарядка аккумулятора осуществляется через встроенный в основную плату USB-C. Размеры итогового девайса 10х10х10 см, а вес составляет чуть менее 240 грамм. Плата с USB-А модулем для прошивки вынесена за корпус и подключается при необходимости.
Программное обеспечение
Если собрать MySat Kit не составит особого труда даже ребенку, то настроить его софтверную часть по плечу уже не каждому взрослому человеку. Программирование спутника происходит в среде Arduino IDE с чем, человеку, не умеющему программировать, разобраться крайне затруднительно, даже при наличии четких инструкций.
Для запуска спутника необходимо установить Arduino Studio и подключить через шину к основной плате внешний программатор, идущий в комплекте.
Далее переходим по ссылке на GitHub, скачиваем библиотеку для Arduino и подробную инструкцию по тому как запрограммировать спутник.
Устанавливаем ESP32 Add-on для процессора и добавляем библиотеки в Arduino.
Загружаем код и прописываем основные настройки перед загрузкой на карту.
Загружаем все на комплектную microSD карту. В случае успеха все должно выглядеть следующим образом:
И в конце концов запускаем MySat консоль в которой и должны отображаться показатели спутника.
Все шаги по программированию и установке подробно расписаны как в самой инструкции, так и в видео, но не стоит ожидать, что все получится выполнить с наскока – несколько вечеров приятной возни вам точно обеспечены.
К слову, судя по информации от производителя и наличию необходимого модуля, управлять спутником, осуществлять его настройку, а также получать информацию с его датчиков можно дистанционно из браузера, подключаясь к нему через WiFi.
Ниже прилагаем видео с подробной инструкцией от производителя:
Проект создавался для энтузиастов, а также в качестве обучающей платформы, но, на мой взгляд, было бы лучше, если бы производитель включал в комплект поставки какое-то максимально упрощенное демонстрационное ПО, не требующее даже базовых навыков программирования или какой-либо настройки. Сложный этап программирования может отпугнуть большое количество потенциальных покупателей.
Например, взять меня – автор обзора с огромным удовольствием и детским трепетом собрал спутник, наблюдая за тем как он мигает светодиодами и подает признаки жизни, по мере того как продвигалась сборка девайса. Но не обладая навыками программирования, я так и не смог в полной мере насладиться его возможностями, что немного расстроило.
Бліц-інтерв'ю із творцями MySat Kit
- Скільки часу зайняла реалізація проекту від ідеї до першого працюючого прототипу?
- У яку суму обійшлося створення першого прототипу?
- Скільки всього людей задіяно у проекті?
- Дмитро Хмара — CEO та програміст;
- Олександр Лозинський — інженер;
- Джозеф Конрад — бізнес-девелопер і операційник;
- Тетяна Тимченко — фізикиня;
- Богдан Лисенко — менеджер із продажів.
- Звідки з'явилася ідея створити наноспутник-конструктор?
- Чи достатньо суми в $7000, запланованої на Кікстартері для повного завершення проекту чи може знадобитися додаткове фінансування?
- Чи можна на цьому етапі використовувати супутник для запуску у відкритий космос? Ви плануєте модифікувати MySat таким чином, щоб його можна було використовувати в умовах агресивного середовища?
- Як саме можна сьогодні організувати запуск наносупутника у стратосферу?
Ми домовилися з військовими і маємо дві точки, з яких можемо запускати стратостати. Тому якщо є бажаючі подивитися, як їх супутник працює у реальних умовах, він може його доопрацювати: замінити систему живлення (замість літій-іонного акумулятора встановити літій-залізо-фосфатний акумулятор здатний працювати при низьких температурах), модуль радіозв’язку (замість Wi-Fi ми використовуємо LoRa-протокол), отримати міцніший корпус. А так функціонал дуже схожий. Це той самий набір датчиків і дуже яскравий світлодіод, щоб шукати апарат після приземлення.
Якщо вітер західний, запускаємо з м. Ромни (Сумська область), якщо східний — із Золотоноші (Черкаська область). Ці точки нам видали тому, що стратостат не пролітає над стратегічним об’єктами — атомними станціями, аеродромами, військовими частинами.
Про місце запуску стратостату нам зранку повідомляє диспетчер із Борисполя. За 3-4 години до старту виїжджаємо з Києва і готуємо пуск. Надуваємо балон гелієм, перевіряємо стратосферний апарат, парашут і т.д.
Апарат десь біля двох годин піднімається до висоти 30 км. Там атмосфера приблизно така ж, як на Марсі — 1% земної і температура взимку може опускатися до — 71° С, а так десь — 50-60° С. Далі, від відсутності повітря зовні, балон розривається, а сам апарат десь 1,5-2 години опускається на парашуті. Під дією вітру він може пройти до 300 км.
Десь чотири години, або довше ми слідкуємо за апаратом. Завдяки руху вітрів і математичним моделям нам відомий напрямок його руху. Маємо дані з датчиків телеметрії, які діють за допомогою LoRa протоколу, а також з GPS-трекерів. Коли стратостат опиняється на землі, ми його знаходимо, хоча він може впасти деінде. В полях, на болоті, або зависнути на дереві. Увесь час стратосферної місії власник може контролювати і керувати своїм апаратом.
- Скільки коштує відправка наносупутника на орбіту та у стратосферу?
- Чи можна ще більше спростити процес програмування та складання супутника?
- Чим зумовлена саме така форма корпусу? Чому не зробити конструкцію меншою, адже у корпусі повно вільного місця?
- Чи будуть представлені старші модифікації MySat? Які плани щодо розвитку компанії?