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
Aktivitātes beigas 17.02.2015. 10:27:00 UTC
Darbības ilgums 1 gads 9 meneši 10 dienas
NSSDC ID 2013-021C
SCN 39161
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 bija pirmais Igaunijas pavadonis. Tas izstrādāts Tartu universitātes studentu satelītu programmas ESTCUBE ietvaros. Pavadonis palaists 2013. gada maijā un darbojās līdz 2015. gada februārim.

ESTCube-1 galvenais uzdevums bija kosmosā izvērst elektrisko saules buru, bet tas nav izdevies. Pārējie ieplānotie uzdevumi veiksmīgi veikti.[2]

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. [3]

Misija un uzdevumi[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Pirmais Zemes attēls, kas uzņemts ar ESTCube-1

ESTCube-1 primārā misija bija izpildīt pirmo pasaulē Saules vēja elektriskās saules buras eksperimentu kosmosā, pārbaudot 10 m gara pavediena iztīšanu, lādēšanu un mijiedarbību ar Zemes atmosfērā esošo jonosfēras plazmu.

Misija var tikt iedalīta sekojošās fāzēs:

Starts[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Palaišana zemajā Zemes orbītā aptuveni 680 km augstumā ar Vega nesējraķeti.[3]

Stabilizācija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Pēc satelīta ievirzīšanas orbītā tas kūleņotu — tam būtu nejaušs leņķiskais ātrums ap visām asīm. Lai to novērstu, tika veikta stabilizācija.

Orientācija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Pavadoņa orientācija bija nepieciešama sekojošu darbību veikšanai:

Iegriešana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Lai nodrošinātu sekmīgu eksperimentu, pavadonis tika iegriezts ap asi, kas perpendikulāra pavediena iztīšanas plaknei. Leņķiskais ātrums ap rotācijas asi bija viens apgrieziens sekundē. Rotācijas ass tika orientēta paralēli Zemes polārajai asij.

Pavediena iztīšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

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

Pēc nepieciešamā leņķiskā ātruma sasniegšanas, izmantojot centrbēdzes spēku, tiktu 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 bija piestiprināts neliels alumīnija elements, ko var redzēt attēlos. Pavediens atrastos kosmiskā aparāta rotācijas plaknē.

Pēc tā iztīšanas eksperiments tiktu veikts virs poliem (eksperimentu vislabāk ir izpildīt virs poliem, jo nepieciešams nodrošināt, ka Zemes magnētiskā lauka līnijas ir perpendikulāras pavedienam[4]), kur pavadoņa orbitālā ātruma vektors ir paralēls pavadoņa rotācijas plaknei, kā arī Zemes magnētiskā lauka radītā Lorenca spēka ietekme uz lādēto pavedienu, un tādējādi uz rotācijas plaknes orientāciju, ir minimāla. Eksperiments tiktu veikts, iedarbinot elektronu lielgabalu un mērītot šādus lielumus:

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

Orbītas novirzīšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Pēc eksperimenta bija paredzēts, ka satelīts tiktu novirzīts no orbītas, lai sadegtu atmosfērā. Taču, tā kā bija iespējams augšupielādēt jaunu programmatūru, pirms orbītas novirzīšanas varētu 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.[5]

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 angļu: 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.[4]

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. Komandu un datu pārvaldes sistēma izmanto STM32 mikrokontrolierus, attiecīgi F1 un F2. CDHS ir vienīgā apakšsistēma, kas izmanto operētājsistēmu — FreeRTOS.[4]

Tā kā sistēma ir kritiska visās misijas fāzēs, gandrīz visi sistēmas aparatūras elementi ir dublēti. Vienā laika momentā darbojas tikai viens komandu un datu pārvaldes sistēmas modulis, kurš papildus atmiņai mikrokontrolierī izmanto mazāk nekā 1,5 MB brīvpiekļuves atmiņas un 48 MB zibatmiņas.[6]

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 12 Saules baterijām, kas izvietotas uz visām kuba pusēm. 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.[4]

Kamera[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Kameras prototips

Kameras (Camera, CAM) uzdevums ir uzņemt Zemes attēlus un novērot, vai pavediens ir iztīts eksperimenta laikā. Attēlu uzņemšanai tiek izmantots 640x480 pikseļu CMOS sensors [6], tāpēc CAM spēj uzņemt augstas izšķirtspējas attēlus.

Kamera izmanto 2 MB brīvpiekļuves atmiņas.[6] Tā kā pārsūtāmo datu daudzums ir ierobežots, tad CAM spēj 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. Par derīgo kravu tika izvēlēta elektriskā bura, jo šai tehnoloģijai ir milzīgs potenciāls revolucionizēt pārvietošanos Saules sistēmā, padarot kosmiskos kuģus svarā vieglus un lētus, kā arī salīdzinoši ātrus. [7]

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.[8]

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.

Elektriskās buras pavediena izvēršana bija plānota augustā. Tas netika realizēts, jo pavediena izvēršanu traucēja dažu pavadoņa komponentu radītais magnētisms. [2]

ESTCube-1 tika izslēgts 2015. gada 17. februārī 10:27:00 UTC. Pavadonim bija plānots darbības laiks 1 gads, bet tas nokalpoja 1 gadu 9 mēnešus 10 dienas.

Rezultāti[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Elektropadeves nodrošināšanas sistēma, sakaru sistēma un komandu un datu pārvaldes sistēma turpināja funkcionēt pēc gandrīz diviem gadiem orbītā. Tika uzņemti vairāk nekā 270 attēli kameras raksturošanas, augstuma noteikšanas validācijas un sabiedrības informēšanas nolūkos.

Tika identificēti konstrukcijas uzlabojumi, daudzi no kuriem tika ņemti vērā un īstenoti Somijas pavadoņa Aalto-1 izstrādē.[9]

Satelīta izveide deva iespēju aptuveni 200 studentiem apgūt inženierzinātņu jomas, izstrādāt 20 maģistra darbus un 30 bakalaura darbus, no tiem vienu bakalaura un piecus maģistra darbus izstrādājuši studenti no Latvijas. [10]

Atsauces[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

  1. 1,0 1,1 2013 - Launches to Orbit and Beyond Robert Christy, (angliski)
  2. 2,0 2,1 Eesti esimesel satelliidil täitus aasta kosmoses Tartu Ülikool, 2014-05-07
  3. 3,0 3,1 Kosmosevõidujooks Eesti ja Läti vahel jätkub: kes lähetab satelliidi esimesena? Juhan Haravee, Õhtuleht, 2012-11-29
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Electric solar wind sail: Toward test mission
  5. CubeSat tipa satelītu dizaina specifikācija, Kalifornijas Valsts politehniskā universitāte
  6. 6,0 6,1 6,2 Slavinskis A. No pirmās dzirksteles līdz burāšanai kosmosā. Zvaigzņotā Debess. vasara/2014 (224) 23-27.lpp
  7. Skvariks E. Revolucionārie satelīti. Kapitāls. 08/2014 90-92.lpp
  8. Igaunija veiks savu pirmo kosmosa misiju LETA, TVNET, 2013-01-08
  9. Slavinskis A., Pajusalu M., et al. ESTCube-1 in-orbit experience and lessons learned.
  10. Slavinskis A. Igauņu satelīts beidzis darbu. Ilustrētā Zinātne. 05/2015 24-25.lpp

Skatīt arī[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Ārējās saites[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]