ESTCube-1

Orbiidile viimine

ESTCube-1 pidi esialgsete plaanide järgi orbiidile viidama 4. mai varahommikul, kuid tugeva tuule tõttu lükati kanderaketi start edasi.
Kanderakett startis lõpuks 7. mail kell 05:06:31 (Ida-Euroopa suveaeg, EEST). ESTCube-1 eraldus kanderaketist 2 tundi ja 48 sekundit pärast starti, kell 07:07:19 EEST.

Satelliidi orbiit

Teadusliku eksperimendi läbiviimiseks ja satelliidiga sidepidamiseks on mitmel põhjusel sobivaim päikesesünkroonne ringikujuline polaarorbiit. ESTCube-1 orbiidi kõrgus maapinnast on ca 650 kilomeetrit, satelliit liigub orbiidil kiirusega umbes 7,46 km/s. Jooksva info ESTCube-1 orbiidi parameetrite kohta leiab Space-Track veebiportaalist, visualiseeritud orbiit ja satelliidi hetkeasukoht on leitav Heavens-Above vahendusel.

Mõõtmed ja kaal

Standardse ühikulise (1U) kuupsatelliidi "põhja" külgede pikkused peavad olema 100,0±0,1 millimeetrit, satelliidi sügavus või kõrgus 113,5±0,1 mm.
Kuupsatelliitide standardile vastavalt on ette nähtud kolmes suuruses kuupsatelliite, vastavalt suurusega 1U, 2U ja 3U. Põhja külgede pikkused on kõigil samad, sügavus on vastavalt kaks või kolm korda 1U mõõtudest suurem.
Kuupsatelliitide standard näeb ette massi ülempiiriks 1U mõõtudega satelliidil 1300 grammi, 2U ja 3U mõõtude korral vastavalt 2600 ja 4000 grammi.
Eesti tudengisatelliidi kavandamise käigus otsustati ehitada 1U standardi nõuetele vastav tehiskaaslane. Satelliidi valmimisel jõuti lahenduseni, mille korral püsitakse nii massi kui mõõtude osas ettenähtud piirides, satelliidi lennumudel kaalus 1048 grammi.

Alamsüsteemid

ESTCube-1 oli modulaarse ehitusega, koosnedes paljudest alamsüsteemidest.
Satelliiti hoidis tervikuna koos ühest alumiiniumitükist freesitud raam, raamile kinnitusid küljepaneelid, millel omakorda asusid päikesepaneelid, päikesesensorid ja elektronkahurid. Ühel küljepaneelil asus ka pool antennide stardiaegseks fikseerimiseks, vastaspaneelil aga avad pardakaamera ja päikesepurje traadi jaoks. Raami sees asuvad trükkplaadid satelliidi alamsüsteemide elektroonikaga olid ühendatud omavahel ning raamiga nelja keermestatud teraspulga abil. Alamsüsteemid olid omavahel ühendatud pistikute-pesadega, milles on neljas reas kolmkümmend viiku. Raami ja küljepaneelide disain oli satelliidi struktuuri alamsüsteemi (lühend STR) ülesanne, see valmis suures osas Tallinna Tehnikaülikooli tudengi Paul Liiase bakalaureusetööna.
Satelliidi töö seisukohast üks olulisemaid süsteeme oli elektritoite alamsüsteem (lühend EPS), mille ülesandeks oli koguda päikesepaneelidelt elektrienergiat, seda salvestada ja jagada teistele alamsüsteemidele. Kui satelliit orbiidile toimetamise järel kanderaketilt eemale tõugatakse, käivitub esimesena just elektritoite alamsüsteem. Käivitunud EPS pidas ajaarvestust alates satelliidi eraldumisest ning ettemääratud aja pärast avas raadioantennid ning alustas teiste alamsüsteemide sisselülitamisega. Ka satelliidi töö jooksul kontrollis just see alamsüsteem kõigi teiste alamsüsteemide tööd, võimaldades näiteks mingil põhjusel probleeme tekitavaid alamsüsteeme välja lülitada. Elektritoite alamsüsteemi üheks ülesandeks oli ka raadiomajaka saatmine, seda isegi sel juhul, kui teised olulised alamsüsteemid ei peaks töötama. Disainilt oli ESTCube-1 elektritoite süsteem küllalt uudne, seal kasutatud lahendused on pakkunud huvi ka teiste satelliidimissioonide meeskondadele. Elektritoite alamsüsteemi loomisse panustasid väga mitmed tudengid oma bakalaureuse- ja magistritööde raames, lõpliku disaini teostas suures osas Tartu Ülikooli tudeng Erik Ilbis oma bakalaureusetöös.
Lisaks EPS-ile on olemuslikult väga oluline kommunikatsiooni alamsüsteem (lühend COM), mis võimaldab suhtlust satelliidiga. ESTCube-1 COM oli disainitud väga minimalistlikuna, pidades silmas eesmärki, et COM peab töötama teiste alamsüsteemide jaoks läbipaistvana. Kommunikatsiooni alamsüsteem kasutas sidepidamiseks kahte suure integratsiooniastmega mikroskeemi ADF7021-N ning väga madala energiatarbega MSP-perekonna mikroprotsessorit. Tavapärase andmeedastuskiiruse 9600 bitti sekundis korral suudab satelliit ideaaljuhul edastada ligikaudu 62 kilobaiti andmeid minutis. ESTCube-1 kommunikatsiooni alamsüsteemi kiire andmeside osa valmis põhiliselt Tallinna Tehnikaülikooli tudengi Andres Vahteri magistritööna.
Satelliidi normaalset tööd koordineerib käsu- ja andmehalduse alamsüsteem (lühend CDHS). Selles alamsüsteemis toimub põhiline andmete – telemeetria – kogumine terve satelliidi kohta, andmete ladustamine ning käsu peale Maale saatmine. CDHS on esmane pöörduspunkt kõigi missiooni jooksul tehtavate eksperimentide käivitamiseks. ESTCube-1 käsu- ja andmehalduse alamsüsteem oli disainitud nii riist- kui ka tarkvaraliselt dubleerituks. Riistvaraliselt olid dubleeritud protsessorid, tarkvaraliselt aga andmete salvestamine satelliidi pardal. Olles põhiline satelliidi tööd koordineeriv süsteem, tegeles CDHS ka arvutustega satelliidi asendi ja pöörlemiskiiruse määramiseks, selleks kasutati STMicroelectronics ARM Cortex M3 perekonda kuuluvaid protsessoreid.
Asendi määramisega seotud arvutusteks vajalikud andmed laekusid jooksvalt satelliidi asendi halduse ja kontrolli alamsüsteemist (lühend ADCS), millel ei olnud oma mikrokontrollerit. Siiski oli sellel alamsüsteemil satelliidis oma trükkplaat, millel paiknesid magnetomeetrid, güroskoobid ning päikesesensorite kasutamiseks vajalikud analoog-digitaalmuundurid. Hinnanguliselt suudeti nende abil satelliidi asendit Päikese suhtes määrata 2,5-kaarekraadise täpsusega, seda umbes 10 korda sekundis.
Varem kirjeldatud alamsüsteemid olid vajalikud satelliidi töötamiseks ja kontrollimiseks, lisaks neile oli pardal veel kaks alamsüsteemi: kaamera alamsüsteem (lühend CAM) ja eksperimendi alamsüsteem (lühend PL).
Satelliidi pardal oli värvilise CMOS-sensoriga kaamera, mis võimaldab teha VGA-lahutusega RAW-formaadis pilte. ESTCube-1 pardakaameras kasutati 680x480 piksliga CMOS-sensorit, 4,4 millimeetrise fookuskaugusega objektiivi suhtelise avaga 1,9 ning STMicroelectronics ARM Cortex M3 perekonna mikroprotsessorit, mis on võimekaim terves satelliidis. Pardakaamera võimaldas teha pilte Maast ning eksperimendi kulgemisest, aga ka piltide abil kalibreerida satelliidi teisi asendiandureid. Tõstmaks pildistamise efektiivsust, suutis CAM alamsüsteem analüüsida pilte mõningal määral ka pardal ning võtta vastu otsuseid tehtud pildi kvaliteedi kohta. Vajadusel oli võimalik koostada ka suure dünaamilise ulatusega pilte. CAM oli kahtlemata kõige rohkem korraga andmeid tootev ESTCube-1 alamsüsteem, ühe 10-bitise heleduslahutusega pildi maht oli ligi 600 kB. Tehtud pilte oli võimalik pikemalt hoida CDHS-i salvestusseadmetes, maksimaalses mahus kuni 16 megabaiti. ESTcube-1 kaamera valmis suures osas Tartu Ülikooli tudengi Henri Kuuste bakalaureusetööna.
Satelliidi teaduslik missioon sõltus eksperimendi alamsüsteemist (PL), mis paiknes mitmes kohas satelliidis. Eksperimendiks vajalik mehaaniliste seadmete komplekt asus satelliidi keskmises sektsioonis ja koosnes ultrahelimootorist koos sellele kinnitatud pooliga päikesepurje traadiga, traadi otsas olevast (stardil lukustatud) raskusest ning neid kõiki koos hoidvast ümbrisest. Päikesepurje-eksperimendi käigus kasutatud kõrgepinge toodeti satelliidi eraldi sektsioonis. Kõrgepingeallikas oli ühendatud satelliidi ülemisel ja alumisel küljepaneelil asunud nanotehnoloogiliste elektronkahuritega, mis valmistati Soomes Jyväskylä Ülikoolis. Teadusliku eksperimendi valmismisse panustasid Soome Meteoroloogiainstituut, Jyväskylä Ülikool, Helsingi Ülikool, Saksa kosmoseagentuur DLR ja Tartu Ülikool.
Satelliidi missiooni tugiüksusteks võib lugeda Maal asuvaid satelliitsidejaama (lühend GS) ja tarkvaralist missioonijuhtimiskeskust (lühend MCS). Nende ülesanne oli võimaldada raadiosidet satelliidiga (GS) ning sideseansside planeerimist ja satelliidile käskude saatmist ning Maale tulevate vastuste analüüsimist (MCS). Kahepoolset sidet satelliidiga peeti Tartu Ülikooli ja Tartu Observatooriumi satelliitsidejaamadest, kuid vastuvõtuga panustavad ka mitmed raadioamatöörid üle Euroopa. Missioonijuhtimiskeskuse tarkvara töötati välja vabavaralisel platvormil Hbird põhiliselt Tartu Ülikooli informaatikatudengite poolt, firma CGI juhendamisel. Satelliitsidejaamade käivitamises osalesid mitmed Eesti Lennuakadeemia tudengid.

Päikesepaneelid

ESTCube-1 päikesepaneelide valikul konsulteeriti Ålborgi Ülikooli tudengisatelliite töörühmaga, ning nende suhteliselt lühikese kestvusega satelliidimissioonide kogemusele tuginedes ei kasutatud katteklaasidega päikesepaneele.
Päikesepaneelide energiatootlikkuse vähenemine oli üks olulisemaid muresid kogu missiooni jooksul. Esimese kahe kuuga langes päikesepaneelide tootlikkus väga kiiresti, pärast seda oli langus aeglasem. Arvatavasti oli languse põhjuseks kaitseklaasi puudumine, mille tõttu tekkisid paneelides kiirguskahjustused. Kahtlustatakse ka kahjustusi satelliidi käitlemise ja kokkupanemise ajast. Siiski ei oleks tohtinud ainult kiirguse ja käitlemise kahjustused põhjustada nii suurt energiatootlikkuse langust. Samasugused probleemid tekkisid ka täpselt sama tehnoloogiat ja päikesepaneelide tüüpi kasutanud AAUSAT3 korral.
Energiatootlikkuse languse tõttu tuli kasutada satelliidi säästurežiimi, kus kõik alasüsteemid peale EPS-i olid välja lülitatud ja ülejäänud energiat sai kasutada akude laadimiseks.

Rahastamine ja maksumus

Odavaimat võimalust satelliidi kosmosesse viimiseks pakkus Euroopa Kosmoseagentuur. Kuna Eesti oli ESA assotsieerunud liige, siis kaeti stardikulud (u 70 000 eurot) suuremalt jaolt Eesti liikmemaksus sisalduvatest hariduskuludest. Koos üleslennutamisega olid projekti kulud kokku umbes 100 000 eurot.