ESTCube-1

Vikipēdijas lapa
Pārlēkt uz: navigācija, meklēt
ESTCube-1
ESTCube-1 mākslinieka skatījumā
ESTCube-1 mākslinieka skatījumā
KA veids eksperimentāls pavadonis
Operators Tartu universitāte, Karogs: Igaunija Igaunija
Izgatavotāji Tartu universitāte
Bāzes platforma CubeSat 1U
Starta datums 07.05.2013. 02:06:31 UTC
Starta vieta Gviānas kosmiskais centrs ELA-1 Karogs: Gviāna Gviāna
Nesējraķete Vega
Palaists kopā ar Proba-V, VNREDSat-1
Lidojuma ilgums 1 gads (plānots)
NSSDC ID 2013-021C
Tīmekļa vietne estcube.eu
Masa 1,048 kg
Orbītas elementi[1]
Centr. ķermenis Zeme
Orbītas veids Saules-sinhronā orbīta
Slīpums 98,13°
Periods 98,03 min
Apogejs 671 km
Perigejs 658 km

ESTCube-1 ir pirmais Igaunijas pavadonis, kas palaists 2013. gada maijā. Tas izstrādāts Tartu universitātes studentu satelītu programmas ESTCUBE ietvaros. ESTCube-1 galvenais uzdevums ir kosmosā izvērst elektrisko saules buru, kas būs pirmais šāds eksperiments pasaulē.

Igaunijas ESTCube-1 bija sava veida kosmiskā sacensība ar kaimiņvalsts Latvijas Venta-1 par to, kura valsts pirmā palaidīs savu pavadoni. Latvijas projekts bija sākts agrāk, bet Venta-1 palaišana aizkavējās, līdz Igaunija pirmā palaida ESTCube-1. [2]

Misija un uzdevumi[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Pirmais Zemes attēls, kas uzņemts ar ESTCube-1 satelītu

ESTCube-1 misija ir izpildīt pirmo elektriskās saules buras eksperimentu kosmosā.

Misiju var iedalīt sekojošās fāzēs.

Starts[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Palaišana zemajā Zemes orbītā aptuveni 680 km augstumā ar Vega nesējraķeti.[2]

Stabilizācija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Pēc satelīta ievirzīšanas orbītā tas kūleņos — tam būs nejaušs leņķiskais ātrums ap visām asīm. Lai to novērstu, tiek veikta stabilizācija.

Orientācija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Pavadoņa orientācija ir nepieciešama sekojošu darbību veikšanai:

Iegriešana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Lai nodrošinātu sekmīgu eksperimentu, satelīts tiks iegriezts ap asi, kas perpendikulāra pavediena iztīšanas plaknei. Leņķiskajam ātrumam ap rotācijas asi jābūt vienam apgriezienam sekundē. Rotācijas ass tiks orientēta perpendikulāri Zemes polārajai asij.

Pavediena iztīšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Shematisks pavediena (tether) un rotācijas ass (spin axis) attēlojums

Sasniedzot nepieciešamo leņķisko ātrumu, tiks iztīts viens 10 m garš, 50 μm tievs pavediens un novērots ar kameru. Tā kā pavediens ir pārāk tievs, lai to redzētu attēlā, tā galā būs piestiprināts neliels alumīnija elements, ko varēs redzēt attēlos.

Kad satelīts atradīsies virs kāda no Zemes poliem, tiks veikts eksperiments — iedarbināts elektronu lielgabals un mērīti šādi lielumi:

  • rotācijas ātruma izmaiņas, lai noteiktu elektriskās buras efektu;
  • orbītas izmaiņas, salīdzinot ar citiem pavadoņiem, kas palaisti ar to pašu nesējraķeti, lai noteiktu bremzēšanos plazmā.

Eksperimentu vislabāk ir izpildīt virs poliem, jo nepieciešams nodrošināt, ka Zemes magnētiskā lauka līnijas ir perpendikulāras pavedienam.[3]

Orbītas novirzīšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Pēc eksperimenta ir paredzēts, ka satelīts tiks novirzīts no orbītas, lai sadegtu atmosfērā. Taču, tā kā ir iespējams augšupielādēt jaunu programmatūru, pirms orbītas novirzīšanas varēs izpildīt citus, piemēram, stāvokļa kontroles eksperimentus. Kosmisko aparātu nepieciešams novirzīt no orbītas un iznīcināt, lai tas nekļūtu par kosmosa atkritumu. Tā kā mūsdienās tiek būvēti un palaisti arvien vairāk pavadoņi, kosmosa atkritumi ap Zemi kļūst arvien lielāka problēma.

Papildu uzdevumi[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

ESTCube-1 misijai ir uzstādīti arī šādi uzdevumi:

  • nodibināt sakarus ar Zemes staciju;
  • veikt visu sistēmu pārbaudi, lai pārliecinātos par satelīta spēju darboties un izpildīt misijai nepieciešamos uzdevumus;
  • uzņemt Zemes attēlus.

Uzbūve[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

ESTCube-1 tiek veidots pēc CubeSat standarta, kas nosaka masas un izmēra ierobežojumus: attiecīgi, līdz 1,3 kg un 10 × 10 × 10 cm.[4]

Apakšsistēmas[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

ESTCube-1 sastāv no sekojošām apakšsistēmām.

Stāvokļa noteikšanas un kontroles sistēma[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Induktivitātes spoles satelīta stāvokļa kontrolei
Induktivitātes spoļu uztīšanas ripa

Stāvokļa noteikšanas un kontroles sistēma (val|en|Attitude Determination and Control System}}, ADCS) ir svarīgākā sistēma, kas nodrošina sekmīgu elektriskās buras eksperimentu, jo tā veic satelīta iegriešanu. Bez tam ADCS arī veic stabilizāciju, orientāciju un saistītos mērījumus ar attiecīgajiem sensoriem:

Redundances nolūkos uz kosmiskā aparāta ir izvietoti divi magnetometri un leņķiskā ātruma sensori, un uz katras pavadoņa malas ir izvietots viens saules sensors, lai Saules atrašanos varētu noteikt jebkurā brīdī (izņemot, kad satelīts atrodas Zemes ēnā, un Saule nav redzama). No šiem mērījumiem ir iespējams noteikt kosmiskā aparāta stāvokli (satelīta koordinātu sistēmas attiecību pret Zemes koordinātu sistēmu) un leņķisko ātrumu ap pavadoņa koordinātu sistēmas asīm. Satelīta atrašanās orbītā tiek noteikta no divu līniju elementiem (Two Line Elements, TLE). Pie trīs ortogonāli izvietotām pavadoņa malām ir novietotas induktivitātes spoles, kas, iedarbojoties ar Zemes magnētisko lauku, dod iespēju kontrolēt satelīta stāvokli trīs dimensijās. ADCS nav procesora — aprēķinus veic komandu un datu pārvaldes sistēma.[3]

Komandu un datu pārvaldes sistēma[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Komandu un datu pārvaldes sistēma (Command and Data Handling System, CDHS) ir saistīta ar visām pārējām apakšsistēmām, jo nodrošina gan iekšējo saziņu, gan komandu izpildi, gan drošu datu saņemšanu, apstrādi un glabāšanu. Tā kā sistēma ir kritiska visās misijas fāzēs, gandrīz visi sistēmas aparatūras elementi ir dublēti. CDHS ir vienīgā apakšsistēma, kas izmanto operētājsistēmu — FreeRTOS.[3]

Sakaru sistēma[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Sakaru sistēma (Communication System, COM) ir paredzēta komunikācijai ar Zemes staciju — komandu un jaunas programmatūras saņemšanai (2 m viļņu garumā) un datu lejupielādēšanai (0,7 m garumā).

Elektropadeves nodrošināšanas sistēma[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Saules baterijas

Elektropadeves nodrošināšanas sistēma (Electric Power System, EPS) nodrošina elektrības padevi visām apakšsistēmām. Elektrība tiek iegūta no Saules baterijām. Laikā, kad satelīts atrodas Zemes ēnā (aptuveni 30% laika), elektrība tiek ņemta no litija jonu baterijām. EPS arī ir atbildīga par citu apakšsistēmu pārbaudi, vai tās darbojas atbilstoši un nepārtraukti. Tā kā EPS ir sistēma, bez kuras citas apakšsistēmas nespētu funkcionēt, tā arī sūta statusa datus uz Zemes staciju. Statusa dati galvenokārt sastāv no svarīgākajiem telemetrijas datiem.[3]

Kamera[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Kameras prototips

Kameras (Camera, CAM) uzdevums ir uzņemt Zemes attēlus un novērot, vai pavediens ir iztīts eksperimenta laikā. CAM spēj uzņemt augstas izšķirtspējas attēlus. Tā kā pārsūtāmo datu daudzums ir ierobežots, tad CAM spēs lokalizēt pavediena galā piestiprināto elementu un izgriezt no attēla tikai to daļu, kas satur nepieciešamo informāciju.

Struktūras sistēma[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Rāmja struktūras prototips

Struktūras sistēmas (Structure, STR) uzdevums ir nodrošināt izturīgu struktūru un mehāniskās komponentes kosmiskajam aparātam.

Temperatūras kontroles sistēma[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Temperatūras kontroles sistēmas (Thermal Control System, TCS) uzdevums ir nodrošināt satelīta iekšējās temperatūras kontroli. Pavadonis orbītā saskaras ar skarbiem apstākļiem, tajā skaitā lielām temperatūras izmaiņām, kas var izraisīt bojājumus kosmiskā aparāta komponentēs. Lai temperatūru satelīta iekšpusē nodrošinātu viscaur vienādu un tuvu istabas temperatūrai (lielāka daļa mehāniskās un elektroniskās komponentes ir paredzētas darbam istabas temperatūrā), tiek izmantotas pasīvas metodes, kas siltumstarojumu no Saules un iekšējiem avotiem izdala vienmērīgi korpusa iekšienē. Šādas pasīvās metodes ir atšķirīgas virsmu apdares un krāsas. Lai pārliecinātos, ka izvēlētās temperatūras kontroles metodes strādās, tiek veiktas simulācijas.

Kosmosa vide[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Kosmosa vides (Space Environment, ENVI) uzdevums ir izvērtēt kosmosa vides ietekmi uz satelītu un pēc iespējas vairāk samazināt to aspektu ietekmi, kas var traucēt sekmīgai pavadoņa darbībai. ENVI uzdevuma sasniegšanai nepieciešams izvērtēt un izvēlēties, kādi materiāli tiks izmantoti kosmiskā aparāta izstrādē, un kā tiks izstrādātas elektroniskās komponentes, ņemot vērā misijas prasības un izvēlēto risinājumu izmaksas un masu.

Sistēmas inženierija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Sistēmas inženierijas (System engineering, SYS) uzdevums ir pārskatīt visu satelīta izstrādes procesu un saskaņot saskarnes starp apakšsistēmām.

Derīgā krava[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Derīgā krava (Payload, PL) sastāv no aparatūras un detaļām, kas nepieciešamas elektriskās buras eksperimentam.

Zemes stacija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Zemes stacijas antena

Zemes stacija (Ground Station, GS) nodrošina saziņu starp satelītu un Zemi. Atrodas Tartu. Tā sastāv no antenas, vairākiem serveriem un klientu aplikācijām, kas paredzētas līdzīgām misijām.

Kosmiskā aparāta sagatavošana lidojumam[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Testēšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Testēšanas iekārta ārējā magnētiskā lauka simulācijām
Lielu induktivitātes spoļu uztīšanas iekārta
Gaismas avota testēšanas iekārta saules sensoriem un baterijām

Lai panāktu sekmīgu misiju, papildus funkcionālajām pārbaudēm tika veikti testi, kas pietuvināti atdarina apstākļus zemajā Zemes orbītā:

Īpaša uzmanība tika pievērsta programmatūras testēšanai — veikti gan tipiski programmatūras, gan kļūdu injekciju testi, kas simulē ārējās vides ietekmi uz aparatūru un programmu izpildi. Lai samazinātu iespējamību, ka misija neizdosies, visās apakšsistēmās īpaša uzmanība tika pievērsta redundancei — gan aparatūras, gan programmatūras līmenī. Redundance aparatūras līmenī tika nodrošināta ar šādām metodēm:

  • sensoru un svarīgo aparatūras elementu dublēšana;
  • autonoma barošana redundantajiem aparatūras elementiem;
  • aizsardzība pret pārspriegumu un pārstrāvu.

Šādas metodes nodrošina redundanci programmatūras līmenī:

  • drošas mainīgo operācijas (piemēram, aritmētiskās operācijas tiek izpildītas vairākkārt, un tiek pieņemts tas rezultāts, kurš atkārtojas visvairāk);
  • datu dublēšana un kontrolsummu pārbaudīšana;
  • iespējamību augšupielādēt jaunu programmatūru no Zemes stacijas.

Pirmsstarta sagatavošana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

2011. gada 21. janvārī kosmiskais aparāts tika nodots palaišanas nodrošinātājam Nīderlandes uzņēmumam ISIS. Februārī to nogādāja Franču Gviānā.[5]

Lidojuma gaita[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

ESTCube-1 tika palaists 2013. gada 7. maijā 02:06:31 UTC ar nesējraķeti Vega no Gviānas kosmiskā centra. Tas bija sekundārā krava Eiropas tālizpētes pavadonim Proba-V, kopā ar Vjetnamas pavadoni VNREDSat-1. No raķetes ESTCube-1 atdalījās 04:07:19 UTC.[1]

Pirmais attēls uzņemts 15. maijā.

Augustā plānota elektriskās buras pavediena izvēršana.

Atsauces[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Skatīt arī[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Ārējās saites[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]