Ứng dụng CANSat trong đào tạo chuyên ngành công nghệ vũ trụ

Lời nói đầu

Thực hành là một yêu cầu hết sức quan trọng đối với việc đào tạo sinh viên chuyên ngành kỹ thuật, nó cung cấp cho sinh viên cơ hội để thực tiễn hóa các kiến thức lý thuyết đã được học, không những thế thông qua các tiết thực hành hoặc đồ án môn học sinh viên sẽ được rèn luyện về kỹ năng làm việc và xử lý công việc.

Chúng góp phần tạo nên kinh nghiệm làm việc ban đầu của người kỹ sư trẻ. Sau khi ra trường và tìm được việc làm phù hợp với chuyên môn được học, những kinh nghiệm đã có sẽ giúp kỹ sư trẻ nhanh chóng hòa nhập vào môi trường làm việc thực tế. Kỹ sư chuyên ngành công nghệ vũ trụ cũng không là ngoại lệ. Mặc dù vậy vẫn có những thách thức nhất định trong việc xây dựng mô hình thực hành cho chuyên ngành này, một phần vì đây là chuyên ngành tương đối mới ở Việt Nam.

Bài viết này xin được trình bày về mô hình vệ tinh đơn giản – CANSat (vệ tinh lon nước) và sử dụng nó để xây dựng mô hình thực hành thiết kế chế tạo vệ tinh cho kỹ sư chuyên ngành công nghệ vũ trụ. Đây là mô hình có thể được xây dựng với chi phí không quá lớn, lại có tính ứng dụng cao và việc tiếp cận với mô hình CANSat sẽ giúp cho sinh viên công nghệ vũ trụ có cơ hội tìm hiểu và có cái nhìn thực tế hơn về cấu trúc, hoạt động của vệ tinh và quy trình thiết kế chế tạo vệ tinh.


Hình 1: Mô hình CANSat do đội UET chế tạo (nguồn VNSC)
Cấu trúc CANSat

Khái niệm về CanSat được giới thiệu từ những năm 1990 bởi giáo sư người Mỹ Bob Twiggs với ý tưởng xây dựng một mô hình gần giống vệ tinh thực tế có chi phí không quá đắt đỏ. Thông thường kích thước của CANSat được giới hạn vừa một lon nước ngọt: đường kính 66 mm và dài 115 mm có khối lượng vài trăm gam. CANSat được gắn thêm một chiếc dù, để sau khi được phóng lên và thả ra nhờ một tên lửa nhỏ hoặc khinh khí cầu, nó sẽ rơi từ từ trở lại mặt đất. Trong khi rơi CANSat thực hiện các nhiệm vụ đơn giản: thu thập số liệu thông qua các cảm biến tích hợp bên trong: nhiệt độ, độ cao…; truyền thông với trạm mặt đất.


Hình 2: Mô hình CANSat được thả ra sau khi đưa lên cao bằng bóng bay
(Nguồn: VNSC, cuộc thi CANSat châu Á Thái Bình Dương lần thứ nhất, tổ chức tại Hà Nội, tháng 12/2013)



Hình 3 mô tả sơ đồ cấu trúc của CANSat, cũng chính là sơ đồ cấu trúc của một vệ tinh ở mức độ đơn giản nhất.
Khối nhiệm vụ (Payload)

Khối nhiệm vụ tích hợp trong CANSat thường bao gồm các cảm biến hoặc camera để thực hiện nhiệm vụ cụ thể đã được đặt ra cho CANSat. Nhìn chung CANSat thường có các nhiệm vụ như sau:

● Đo đạc tham số môi trường, sử dụng các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng v.v…

● Định vị và xác định quỹ đạo bay, sử dụng các cảm biến GPS, đo độ cao, gia tốc v.v…

● Chụp ảnh và ghi hình, sử dụng camera

Khối nguồn (EPS)

Nó sẽ cung cấp năng lượng cho toàn bộ mạch điện tử trong CANSat, bao gồm pin và một số mạch phân phối nguồn. Pin đóng vai trò phần tử tích trữ năng lượng và do thời gian hoạt động của CANSat thường khá ngắn cho nên pin được thiết kế với dung lượng vừa phải, ngoài ra khối nguồn cũng không cần phải thiết kế thêm bộ phận cung cấp nguồn, ví dụ như pin mặt trời.

Máy tính trên khoang (OBC)

OBC có vai trò là trái tim của CANSat, nó đảm nhận việc thu thập dữ liệu từ khối nhiệm vụ, xử lý dữ liệu trước khi truyền về trạm mặt đất.

Khối truyền thông (COM)

Trong CANSat, khối truyền thông thực chất chỉ là bộ truyền thông không dây, có thể là blue tooth, hoặc wifi nếu khoảng cách truyền ngắn (thường vài trăm mét trở lại) hoặc là sóng vô tuyến cho những bài toán yêu cầu khoảng cách truyền dài (hơn 1 km).

Khối cấu trúc (STR)

Phần cấu trúc của CanSat bao gồm vỏ và khung để lắp khối hoặc phần tử khác của CANSat… Ngoài ra CANSat còn được lắp thêm dù để sau khi được thả ra thì dù sẽ làm nhiệm vụ giảm tốc độ rơi của và giúp tiếp đất an toàn.

Cuộc thi về CANSat

Ngày nay trên thế giới người ta đã tổ chức các cuộc thi về CANSat để tăng cường sự giao lưu học tập giữa các nhóm phát triển CANSat. Thông qua nội dung thi, các sinh viên có cơ hội tự mình trải nghiệm công đoạn liên quan đến quy trình thiết kế, chế tạo CANSat; bao gồm 4 bước: thiết kế -> chế tạo – tích hợp -> thử nghiệm -> vận hành. Sinh viên sẽ bắt đầu từ việc tìm ý tưởng thiết kế, đến quá trình chế tạo các bộ phận, tích hợp chúng thành mô hình hoàn chỉnh, kiểm tra, thử nghiệm hoạt động, và cuối cùng là vận hành mô hình trong thực tế. Bên cạnh các nhiệm vụ thiết kế do các nhóm tự xác định, một số cuộc thi còn thêm yêu cầu nhiệm vụ khác với mức độ khó cao hơn so với các lựa chọn nhiệm vụ, ví dụ tự động cắt dù khi tiếp đất, tự động quay trở lại điểm xuất phát hoặc đi đến đích v.v…

Trong quá trình vận hành, dữ liệu thu được sẽ được phân tích và đánh giá để từ đó đưa ra được kết luận về hoạt động. Cùng với đó, sinh viên sẽ hiểu biết nhiều hơn về kỹ năng thiết kế, kỹ năng lập trình, kỹ năng làm việc nhóm, cách phân tích giải quyết vấn đề, làm thuyết trình. Trong một vài cuộc thi yêu cầu các đội phải tìm được tài trợ cho nhóm để có kinh phí tham gia, khi đó nó sẽ có một thử thách cho các đội vận dụng các kỹ năng mềm của mình để thuyết phục nhà tài trợ đỡ đầu.


Hình 4: Quy trình phóng CANSat sử dụng tên lửa mô hình (Nguồn: IHI Aerospace)
Một lợi ích khác của mô hình CANSat là chi phí thực hiện tương đối thấp, thuận tiện cho việc triển khai và có thể tập hợp được đông sinh viên tham gia. Điều này rất có ý nghĩa đối với các trường đại học ở Việt Nam khi mà các trang bị trong các trường học để họ có thể tham gia nghiên cứu về công nghệ vũ trụ còn rất hạn chế cho nên CANSat là một phương tiện học tập, thực hành rất hữu ích. Cuộc thi CANSat còn là hoạt động ngoại khóa, do đó giúp sinh viên có động lực tham gia nhiều hơn vào hoạt động xã hội. Từ đó, họ có thể giao lưu với các đội đến từ nhiều quốc gia, nhiều trường khác nhau nhằm thắt chặt tình đoàn kết, sự hiểu biết lẫn nhau.



Trương Xuân Hùng, Đàm Đình Mạnh Trung tâm Vệ tinh Quốc gia
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Số 155+156 (1+2/2014)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay
Nguồn: https://vnsc.org.vn/vi/hoat-dong/ung...g-nghe-vu-tru/

View more random threads: