Descriem proiectul ca pe un design structural și geometric al unui vehicul de lansare la scară mică, dezvoltat ca model CAD 3D în SolidWorks. Focusul este pe un corp cilindric destinat aplicațiilor educaționale sau experimentale. Abordarea pune accent pe acuratețe dimensională, ușurință la fabricație și compatibilitate cu interfețe standardizate pentru sarcini utile.

Geometria se bazează pe o structură cilindrică simetrică axial, cu diametru extern constant pe aproape toată lungimea. Această alegere susține stabilitatea aerodinamică la urcare și reduce rezistența, evitând variații bruște de secțiune.

Intern, corpul rachetei este dimensionat pentru a găzdui un ansamblu modular de payload, păstrând grosimi suficiente ale pereților pentru rigiditate structurală. Raportul volum intern/diametru extern echilibrează capacitatea de încărcare cu rezistența mecanică, astfel încât structura să suporte sarcini axiale, vibrații și solicitări de scurtă durată din timpul lansării.

Modelul SolidWorks include multiple vederi ortogonale și o secțiune care evidențiază grosimea pereților, toleranțele și zonele de interfață. O vedere detaliată scoate în evidență zone critice, precum umerii interiori sau punctele de prindere ale payload-ului, unde precizia dimensională este esențială.

Toate dimensiunile sunt cotate cu toleranțe coerente pentru a permite producția repetabilă. Utilizarea toleranțelor zecimale explicite reduce riscul de erori la prelucrare sau printare 3D și menține alinierea corectă între corp și subsisteme.

Nu este setat un material unic, dar geometria este compatibilă cu aliaje de aluminiu, tuburi compozite sau polimeri rezistenți. Secțiunea constantă și lipsa elementelor complicate fac piesa potrivită atât pentru prelucrare subtractivă, cât și pentru fabricație aditivă. Finisajul poate fi adaptat ulterior pentru nevoi aerodinamice sau structurale.

Din perspectiva integrării sistemelor, corpul acționează ca element portant principal. Dimensiunile interne permit montarea modulară a avionicei, a payload-ului și a mecanismelor de recuperare fără structuri secundare masive. Forma cilindrică susține stivuirea concentrică a componentelor, distribuind uniform sarcinile pe axa longitudinală.

Lipsa protuberanțelor externe minimizează perturbațiile aerodinamice și riscul de încărcări asimetrice în zbor — aspect critic la vehiculele mici. Distribuția centralizată a maselor și geometria uniformă contribuie la un comportament structural previzibil.

Documentația urmează practici standard de desen tehnic: scări clare, proiecții și definire completă a cotelor. Acest lucru permite interpretare neechivocă de către producție sau colaboratori, evitând scalări manuale și erori de transcriere.

Funcțional, corpul protejează și servește drept element portant. În ascensiune suportă compresie axială din propulsie și momente de încovoiere generate de forțe aerodinamice. Layout-ul intern susține și o separare sigură a payload-ului, fără interferență cu structura în fazele critice ale misiunii.

Per ansamblu, proiectul definește o geometrie eficientă și coerentă pentru misiuni aerospațiale la scară mică. Controlul atent al dimensiunilor, toleranțelor și formei oferă un echilibru între simplitate, funcționalitate și adaptabilitate, reprezentând o bază solidă pentru experimente și integrare fiabilă a sarcinilor utile.

Acest proiect prezintă designul, dezvoltarea și testarea unui sistem modular de colectare a datelor atmosferice, bazat pe CanSat, realizat pentru Romanian CanSat and Rocketry Competition. Sistemul propune o arhitectură multi-probă neconvențională, compusă dintr-un carrier CanSat principal și trei sub-probe autonome cu coborâre lentă (disk probes). Misiunea urmărește să îmbunătățească rezoluția spațială a măsurătorilor atmosferice dispersând mai multe unități de senzori pe un volum definit de spațiu aerian în timpul coborârii.

Obiectivul științific principal este colectarea de date de mediu privind presiunea atmosferică, temperatura și concentrația de poluanți pe o regiune tridimensională. Spre deosebire de misiunile CanSat tradiționale care folosesc un singur vehicul, acest sistem lansează mai multe sub-probe pentru a permite analiză vectorială a parametrilor atmosferici. Corelând măsurători simultane de la probe spațial separate, sistemul facilitează reconstrucția gradientelor de presiune, diferențialelor de temperatură și vectorilor de flux ai poluanților, cu aplicații în monitorizare de mediu, modelare meteorologică și survey atmosferic low-cost.

Arhitectura mecanică include un container principal ușor din aluminiu care adăpostește trei sub-probe disc fabricate preponderent din PLA biodegradabil prin fabricație aditivă. Designul prioritizează masa redusă, stivuirea compactă și o desfășurare fiabilă. În timpul lansării, discurile sunt stivuite concentric în tubul principal, iar după apogeu, un mecanism cu arc cu întârziere le ejectează în cădere liberă.

Fiecare disc integrează o aripă deployable acționată de arc, proiectată ca un profil biconvex ușor asimetric. La eliberarea din tub, aripa se deschide automat și transformă căderea verticală într-o autorotație controlată, reducând viteza terminală și stabilizând coborârea. Căderea lentă și rotativă extinde timpul de achiziție a datelor și dispersia spațială.

Fiecare disc funcționează ca unitate independentă de senzori și comunicație. Electronica este centrată pe un microcontroler Arduino Pro Mini care gestionează achiziția, procesarea și transmiterea datelor. Măsurarea se face cu senzor BMP280 (temperatură/presiune) și MQ135 (calitate aer, ex. CO2). Modulul GPS NEO-6M furnizează poziția, permițând reconstrucția traiectoriilor și corelarea spațială a măsurătorilor.

Comunicarea wireless între probe și stația de sol se face prin transceivere HC-12 la 433 MHz. Fiecare probă transmite pachete la intervale de 5 secunde pe un canal dedicat pentru a evita interferențele. Alimentarea este asigurată de acumulatori Li-ion individuali, dimensionați pentru funcționare extinsă peste durata așteptată a coborârii.

Software-ul embedded se ocupă de interogarea senzorilor, formatarea datelor și transmisia serială prin RF. Achiziția se face în timp real, cu stocare temporară onboard și transmitere periodică la sol. Echipamentul de sol constă în mai multe receivere conectate la computere care loghează fluxurile de date pentru agregare și analiză ulterioară. Această recepție distribuită susține filosofia multi-probă și asigură redundanță.

Metodologie de testare și validare

Validarea a implicat teste mecanice și electronice extinse. Testele mecanice au vizat fiabilitatea desfășurării, stabilizarea la coborâre și integritatea structurală la impact. S-au realizat drop tests controlate de ~20 m pentru a evalua sincronizarea aripii și vitezele de coborâre (țintă 6–12 m/s). Testele electronice au verificat acuratețea senzorilor, fiabilitatea transmisiei RF până la 1 km și robustețea sistemului pe baterie.

Rezultatele au arătat fiabilitate ridicată pentru subsistemele electronice și de comunicație, cu date aliniate la surse meteo de referință și rate de pierdere a pachetelor în limite acceptabile. Testarea mecanică a ghidat iterații de design, conducând la arhitectura finală a discurilor optimizată pentru stabilitate și supraviețuire.

Concluzie

Sistemul CanSat multi-probă propus oferă o abordare scalabilă și rentabilă pentru colectarea datelor atmosferice. Folosind probe cu coborâre lentă distribuite spațial, proiectul extinde capabilitățile analitice ale misiunilor CanSat tradiționale și demonstrează fezabilitatea unei măsurări vectoriale a mediului în condiții severe de constrângere de volum și masă.