Eesti insenerid viivad moodsa kaamera kosmosesse

Eesti insenerid arendavad uut kosmosekaamerate süsteemi, mis viib moodsa foto- ja videotehnika kosmosesse, kus seni veel kasutatakse palju möödunud sajandi tehnoloogiat. Läbirääkimised potentsiaalsete klientidega käivad, esimesed allkirjad peaks lepingutele alla saama tänavu, kaamerad loodetakse saata orbiidile hiljemalt 2020. aastaks. Kirjutas Inseneeria kaasautor Mariliis Pinn.

Tudengisatelliidi ESTCube-1 meeskonnas olnud insenerid Jaan Viru, Pätris Halapuu ja Jaanus Kalde lõid 2013. aasta novembris ettevõtte Crystalspace, kuna nägid, et turul on ruumi kompaktsele kaamerale, mis taluks ekstreemseid tingimusi nagu vaakum, radiatsioon, vibratsioon, suur temperatuurivahemik jne. „Kosmosetehnoloogia on paeluv ja esitab põnevaid väljakutseid,” ütles Halapuu.

Spetsiaalselt kosmosetehnika loomiseks ehitatud laboris on põhirõhk Crystalspace’i kaamerasüsteemi arendamisel. Tegu on turul kõige innovaatilisema ekstreemkaameraga, mis sobib suurepäraselt kompaktsetesse nanosatelliitidesse. Seda saab kasutada satelliiti ümbritseva jälgimiseks näiteks, kui on vaja vaadata, kuidas orbiidile viidud last lahti pakitakse või jälgida avakosmoses tehtavaid teaduskatseid või kui näiteks Kuu pinda auku puuritakse.

„Kaamerasüsteemi arendamine tundus pärast edukat tudengisatelliidi projekti loogilise sammuna,” selgitas Halapuu. Nutikad insenerid suutsid juba siis väikesesse satelliiti edukalt kompaktse kaamerasüsteemi ehitada.

Satelliidid muutuvad üha väiksemateks

Kui traditsiooniliselt on satelliidid olnud pigem suured, siis sarnaselt IT-tehnoloogias toimunud tohutule arengule, kus majasuurused arvutid on kahanenud pisikesteks rüperaalideks, on ka viimastel aastetel kosmosesse saadetud satelliidid järjest väiksemad.

„Viimase 10 aastaga on kosmoses toimunud privatiseerumine. Tehakse rohkem odavaid CUBE-missioone, rohkem saadetakse üles ka alla 50 kg kaaluvaid satelliite,” selgitas Viru. Ta lisas, et satelliidid on senimaani peamiselt olnud väga suured, keerulised ja kallid ning kui juhtus, et midagi seal katki läks, oli neid väga keeruline, kui mitte võimatu parandada. Keerulistes süsteemides ei saa aga kunagi rikkeid täielikult välistada. Nii on odavam kasutada soodsamaid ja väiksemaid satelliite, mis on samas monofunktsionaalsemad.

Ka on kosmosetehnoloogia väga konservatiivne ja suurtele kosmosemissioonidele oma tehnikaga pääsemine eeldas seni tohutut tehnika testimist. „See oli väga kallis, aga kui tehnika on ennast väiksel satelliidil hästi toimivana näidanud, siis on lihtsam ka suurele missioonile pääseda,” selgitas insener.

Ka Euroopa kosmoseagentuur ESA on tunnistanud, et puudus on just väikesest kaamerasüsteemist. Potentsiaali insenerid näevad, väikesi satelliite saadetakse aastas orbiidile 100 ringis, vaakumkambreid toodetakse tuhandeid.

Karmide olude kaamera

Crystalspace’i kaamerasüsteem on spetsiaalselt arendatud vaakumis vastu pidama. Nimelt kipuvad paljud materjalid kosmoses lenduma ning gaase eraldama, mis seejärel kondenseeruvad läätsede ja sensorite peale ning muudavad pildi uduseks. „Materjalidest gaaside eraldumine ning keerulised keskkonnatingimused muudavad ka materjalide omadusi, mistõttu tavalised kaamerad lagunevad. Seetõttu on tavalised kaamerad kosmoses kasutamiskõlbmatud,” lisas Viru.

Samad probleemid on maapeal vaakumkambrites. Seetõttu on Crystalspace’i kaamerasüsteem hea võimalus vaakumkambris toimuvat jälgida. „See kaamera on loodud karmides tingimustes vastu pidama. Alates sellest, et kaamera peab teel kosmosesse kanderaketis taluma kõva vibratsiooni, suuri temperatuurikõikumisi ja radiatsiooni,” selgitas Kalde.

Lisaks pidid insenerid välja mõtlema, kuidas kaitsta kaamerat kosmose karmide tingimuste eest, samas ei saa päris kõike kinni katta, kuna siis kaamera ei toimi. „Kaamera eelised on vastupidavus, lai kasutusvaldkond, kompaktsus ja hea pilt. Võib öelda, et oleme viimas kosmosesse kaasaegset kaamerat,” lisas ta.

Kosmosetehnoloogia areneb aeglaselt, väikese satelliidi orbiidile saatmine on vähemalt kaks aastat kestev projekt, suuremaid missioone valmistatakse ette ligikaudu 10 aastat. Crystalspace’i insenerid peavad läbirääkimisi erinevate potentsiaalsete klientidega ja otsivad paralleelselt ka koostöövõimalusi ESA-ga, mille bürokraatia on tohutu, ja lisaks vaakumkambrite tootjatega.

Veel arendab, toodab ja müüb Crystalspace väikeste satelliitide alamsüsteeme. Inseneride fookus on just nanosatelliitidel, mis on oluliselt väiksemad, kui üldsus on harjunud nägema. Ja pakub ka konsultatsioone kosmosevallas.

Lisaks edukale tudengisatelliidi missioonile on insenerid osalenud ka Aalto-1, DelFFi, ESMO ja ESEO satelliitide loomisel.

***

Suurim toetus idee arendamiseks

Vega fond on SEB ja Tartu Ülikooli ideelabori loodud esimene teadmismahukatele ideedele mõeldud fond. Toetusfondi kaudu rahastab SEB pank uudsete lahenduste igapäevasesse kasutusse toomist kolme aasta jooksul 150 000 euroga.

Vega fondi neljanda vooru suurima toetuse, 8500 eurot sai tööstus- ja kosmosetehnoloogiaettevõtetele suunatud kaamera projekt, firmalt Crystalspace, mille meeskond arendab eriotstarbelisi kaameraid kasutamiseks satelliitidel ja muudes ekstreemsetes oludes, näiteks vaakumkambrites. Kaamera disain põhineb Eesti esimesel tudengisatelliidil ESTCube-1 kasutatud lahendusel.

***

Kosmoses tõestanud Crystalspace’i kaamera

• Mõõdud: 82 x 88 x 39 mm
• Kaal: 270 g
• Nominaalne energiatarve 0,5 W, kuni 1 W piik pildistamisel
• SpaceWire; CAN; RS485; RS422; UART; USB; I2C või SPI kontrollitud
• Võimalus kasutada erinevat optikat
• Valikus sensorid VGA 640 x 480 (~0,3 MP), 5 MP, eritellimusel 1 – 10 MP
• Kasutustemperatuuri vahemik −30 °C kuni +75 °C
• Testitud nii löögi, vibratsiooni, radiatsiooni kui termilise vaakumi tingimustes