ESTCube-2: uudne platvorm, kiire sidesüsteem ja rohkelt ambitsiooni

Tudengisatelliit ESTCube-2 on eelkäijast kolm korda suurem ja teaduslikult ambitsioonikam ning suudab funktsioneerida Maast kaugemal, kirjutab ESTCube`i programmi liige, ESTCube-1 kapten (satelliidi operaator) ja nüüd ka Sihtasutuse nõukogu esimees Erik Kulu.

ESTCube-2 on loomulik jätk Eesti esimese satelliidi projektile, mis tõestas, et meie noored teadlased suudavad ellu viia maailmatasemel rahvusvahelisi ja esmapilgul ulmelisi projekte. Kui ESTCube-1 oli 1-ühikuline (1U) CubeSat, mõõtmetega 10×10×11,35 cm ja täpse massiga 1,050 kg, siis ESTCube-2 saab olema 3-ühikuline (3U) ehk kolm korda suurem – 10×10×34 cm ja massiga suurusjärgus 4 kg.

ESTCube-2 kolmeühikuline kuupsatelliidi platvorm on uute kosmosetehnoloogiate katsetamiseks ja teaduseksperimentide läbiviimiseks orbiidil. Selle alamsüsteemide kompaktsus on võrreldav maailma parimate lahendustega, mis jätab rohkem ruumi eksperimentidele ja muudele kasulikele lastidele.

Teaduslikult ambitsioonikama ESTCube-2 testid soovitakse viia läbi 2018. aasta lõpuks ja kosmosesse lennutada 2019. aasta esimeses pooles, tähistades vääriliselt Eesti Vabariigi 100. sünnipäeva. Üleslennutamise täpset kuud niipea garanteerida ei saa, sest näiteks soomlaste esimene satelliit Aalto-1 ootab SpaceX raketiga kosmosesse saatmist juba alates 2015. aastast.

Uus satelliidiplatvorm

ESTCube-2 üks eesmärke on valideerida uus 3-ühikuline kuupsatelliidi platvorm, mis on võimeline töötama ka Kuu orbiidil ja kaugemal. Lisaks on uudne lahendus väga kompaktne ja kõik hädavajalikud süsteemid mahuvad 0,6-ühiku sisse, jättes 2,4-ühikut kasulikele teaduseksperimentidele ning olles seejuures märgatav edasiminek tudengisatelliitide arengus. Sarnaselt ESTCube-1-le plaanime praktilise kogemuse saamiseks kõik ESTCube-2 alamsüsteemid ise välja arendada ja ehitada. Ülejäänud teaduseksperimendid pärinevad meie partneritelt Eestist ja naaberriikidest.

Maa orbiidil on levinud määrata satelliidi orientatsiooni päikesesensorite ja magnetandurite abil, aga Kuu ümber arvestatavat magnetvälja ei ole. See tähendab, et lisaks nendele on vaja tähekaamerat, mis on pealegi oluliselt täpsem. Tähekaamera teeb mustvalgeid pilte ja suudab algoritmidega kindlaks määrata konkreetsed tähed nendevaheliste kauguste ja mustrite põhjal. Kuna on ainult üks kaamera orientatsioon, kuidas neid tähti sellisel kujul pildile saada, siis sealt saab arvutada ka satelliidi asendi.

ESTCube-1 asendi juhtimine toimis ka Maa magnetvälja abil, pannes sobival ajal satelliidi elektromagnetid kindla tugevuse ja voolusuunaga tööle. Kuna jällegi Kuul ja asteroididel magnetvälja ei ole, siis on vaja ka asendi muutmiseks uut lahendust. Üks osa lahendusest on hoorataste kasutuselevõtt, mis lisaks võimaldavad satelliiti väga täpselt suunata. Teine osa on kosmoselaeva mootorite või teise sõnaga tõukejõusüsteemide kasutuselevõtt. Meie lahendus pärineb Rootsi firmalt NanoSpace ja töötab rõhu all oleva gaasi vabastamisega. Uudsed imepisikesed ventiilid võimaldavad väga täpselt soovitud koguse gaasi kütusepaagist välja lasta, mis paneb siis satelliidi teises suunas liikuma või pöörlema. Näiteks sarnane efekt tekib, kui täispuhutud õhupall lendu lasta.

Teaduseksperimendid

Teaduse tegemine ja tehnoloogiate võimekuse piiride nihutamine on inimkonna arengut silmas pidades väga tähtis. Nanosatelliitidel (1–10 kg) on näiteks suur potentsiaal uurida asteroide ja planeetide kuusid, sest neid on võimalik ühe suure satelliidi maksumuse eest seeriatootmisega ehitada ja kosmosesse saata sadu.

ESTCube sarja tulevikusatelliitidel on ka võimalus jõuda Kuule ja asteroididele, mis vajab tehnoloogiaid, mida ESTCube-1-l ja paljudel teistel pisikestel madala Maa orbiidi satelliitidel veel ei ole. Ükski nanosatelliit pole seni Maast kaugemale lennanud ja kuna see on tunduvalt kallim, siis on riski vähendamiseks oluline lahendused eelnevalt Maa orbiidil läbi katsetada.

Elektriline päikesepuri

Kuigi ootusi ületanud ja kaks aastat töötanud ESTCube-1-l ei õnnestunud esmakordselt maailmas välja kerida elektrilist päikesepurje, siis seda enam peame uuesti proovima. Elektriline päikesepuri on ikkagi üks kõige paljulubavamaid tehnoloogiaid efektiivseteks planeetidevahelisteks reisideks, sest ei kasuta piiratud kogusega kütust.

Lisaks sellele on samal tehnoloogial veel teine väga kasulik rakendus, mis on satelliidi orbiidi kõrguse vähendamine, kiirendades seeläbi nende ärapõlemist atmosfääri ülakihtides ja vähendades kosmoseprügi.

Meie pikaajaline partner Soome Meteoroloogia Instituudi (FMI) töögrupp eesotsas Pekka Janhuneniga on traadi väljalaskmissüsteemi parendamas ja ESTCube-2 plaanib välja kerida 300 meetrit pika traadi (võrreldes ESTCube-1 10 meetriga). Muu hulgas vajab see samamoodi satelliidi kiiresti pöörlemapanemist, et tsentrifugaaljõudu kasutada. Orbiidi alandamisel on sellise lahendusega võimalik vähendada satelliidi kõrgust 700 km-lt 500 km-ni poole aastaga, võrreldes 20 aastaga, mis naturaalselt kulub.

Maa-vaatluse kaamerad

Viimased paar aastat on grupp Tartu Ülikooli tudengeid koos Tartu Observatooriumiga arendanud Euroopa Kosmoseagentuuri ESEO mikrosatelliidile kaamerasüsteemi, mis valmib lähikuudel. Kui tunnustust pälvinud ESTCube-1 pildid olid vaid 640 × 480 pikslit (0,3 megapikslit), siis uus kaamera on 5 megapikslit ja lahutusvõime tänu uuele suuremale objektiivile ligikaudu 30 korda parem.

ESTCube-2 pardale on plaanis panna selliseid kaameraid isegi kaks. Üks jäädvustaks Maad silmaga nähtavas lainepikkuses ja teine vaatleks lähi-infrapunas. Kaamerad ei ole ainult ilupiltide tegemiseks, vaid omavad palju teaduslikumat ja ka tulevikku vaatavat kasutust. Näiteks esimesel nanosatelliidil NEA Scout, mis lendab paari aasta pärast asteroidile, on mõõtmisteks ainult kaamera, mille piltidelt on võimalik määrata asteroidi suurus, koostis jpm.

Kiire sidesüsteem

Suurema hulga andmete allalaadimiseks ja Maast kaugemal satelliidiga suhtlemiseks on vaja teistsugust sidesüsteemi. Meie järgmine partner, Läti Ventspilsi Ülikooli Kolledž, on arendamas C-sagedusalas töötavat FPGA-protsessoril põhinevat kiiret satelliidi raadiosidesüsteemi. Kui ESTCube-1 praktiline allalaadimiskiirus oli dial-upist aeglasem ja võimaldas saada 1000 sekundiga ligikaudu 150 KB andmeid, siis ESTCube-2 sidekiirus võib-olla isegi sarnane mobiilse 4G ja koduse internetiga. Tänu sellele on võimalik ühe päeva jooksul alla laadida rohkem andmeid või pilte kui terve ESTCube-1 eluea peale kokku.

Materjaliteaduse eksperiment

See on väga positiivne kui Eesti teadusasutused ja ettevõtted tegelevad kosmosega ja nende tehnoloogiate katsetamine meie oma Eesti satelliidil on kasulik kõigile osapooltele. Tartu Ülikooli Füüsika Instituudi Kiletehnoloogia labor tegeleb õhukeste materjalikihtide valmistamise ja uurimisega. Nad plaanivad läbi viia eksperimente enda väljatöötatud lahendustega, mis peaksid näiteks materjale korrosiooni või elektroonikakomponente kiirguse eest efektiivsemalt kaitsma.

ESTCube-2 teaduseksperimendid:

• Katsetada uudset kompaktset satelliidiplatvormi ja tehnoloogiaid tuleviku kuupsatelliitide jaoks, mis võivad lennata Kuule ja kaugemale.
• Demonstreerida 300 m elektrilise päikesepurje lahtikerimist ja plasmapidurina orbiidi alandamist.
• Tähekaamera, gaasiga tõukejõusüsteemide ja hoorataste kasutuselevõtt ning katsetamine.
• Maa vaatlemine kahe kaameraga erinevates lainepikkustes.
• Kiire sidesüsteemi esmakordne katsetamine.
• Materjaliteaduse eksperimendid korrosiooni ja kiirguse eest kaitsmiseks.

***

Eesti tudengisatelliidi sihtasutus

Käesoleva aasta alguses asutasid 17 ESTCube-1 vilistlast mittetulundusliku Eesti Tudengisatelliidi Sihtasutuse, et kosmoseprojekti süsteemsemalt ja kiiremini hallata. Jätkuvalt on Tartu Observatoorium ja Tartu Ülikool meile väga olulised partnerid ja toetajad, kelleta satelliiti valmis tehtud ei saaks.

Teaduse tegemise ja kosmosetehnoloogiate arendamise kõrval on ESTCube SA prioriteediks järelkasvu harimine ning inspireerimine. Näiteks osaleb ESTCube SA aktiivselt Eesti Teadusagentuuri teaduse populariseerimise projektis, mille eesmärk on reaalainete ja kosmose võimaluste tutvustamine koolinoortele. Lisaks Tartu Ülikoolile on meil tudengeid veel Maaülikoolist ja Lennuakadeemiast ning kõik aktiivsed ja teotahtelised tudengid ja juba töötavad kosmosehuviga inimesed on oodatud. Oluline on soov ja tahe panustada.

ESTCube on oma olemuselt väga laiahaardeline ja keeruline projekt, kus lisaks inseneridele ja teadlastele on palju erinevaid rolle, mistõttu asetame teadlikult rõhku ka satelliidi arendust toetavate tegevustele, sest näiteks ilma hea projektijuhtimise, rahastuse taotlemise ja meediakommunikatsioonita see võimalik ei oleks. Seetõttu oleme loonud tehniliste meeskondadele lisaks tugitiimid personali, rahastuse ja meedia jaoks ehk kogu projekt on väga interdistsiplinaarne. See annab võimaluse ka teistest valdkondadest inimestele panustada Eesti kui tugeva kosmoseriigi ja ettevõtliku teadmistepõhise majanduse poole püüdlemisse. Noored, ületades väga suuri ESTCube´iga seotud väljakutseid, kasvavad isiklikus plaanis tohutult ja saavad veel paremateks tulevikutegijateks oma valdkonnas.

7. mail 2013 sööstis ESTCube-1 kanderakett Vega pardal kosmosesse, lennutades Eesti kosmoseriikide soliidsesse seltskonda.

ESTCube-1 tulemused:

• Töötas edukalt 2 aastat ja 12 päeva, mille jooksul toimus ligikaudu 5200 sideseanssi. See oli kauem kui planeeritud ja viimane signaal kostus 19. mail 2015.
• Koolitas välja uue põlvkonna kosmosetehnolooge, keda varem Eestis ei eksisteerinudki.
• 7 aasta jooksul osales rohkem kui 200 tudengit 10 riigist.
• Valmis 48 lõputööd ja saadi materjali 3–4 doktoritööks, millest üks on kaitstud.
• Võrsus 5 idufirmat: Krakul, Spaceit, Crystalspace, Radius Space, Cubehub.
• Kirjutati 28 eelretsenseeritud teadus- või konverentsiartiklit.
• Peeti rohkem kui 50 ettekannet või esinemist.
• Tehti 300 fotot kosmosest üle kogu Maa.
• Andmeid laeti alla suurusjärgus 400 MB.

Rohkem infot ESTCube’i kosmoseprojektide, liitumise ja toetamisvõimaluste kohta ESTCube Facebooki lehel ja kodulehel www.estcube.ee.

Pilt: By Taavi Torim (Taavi Torim) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons