Väikesatelliit TTÜ100: läbi testide tähtede poole

Tallinna Tehnikaülikooli innovatsiooni- ja ettevõtluskeskuse Mektory seinte vahel valmib peagi Eesti oma nanosatelliit, mis kõigi eelduste kohaselt järgmisel sügisel TTÜ 100. sünnipäevaks orbiidile lennutatakse. Sellest, kuhu kolme aastaga jõutud on, mis edasi saab ja milleks see kõik vajalik on, rääkis TTÜ Mektory Satelliidiprogrammi juht Rauno Gordon Inseneeria kaasautorile Kerttu Kongasele.

Suursugusele projektile on käe külge ja õla alla pannud ligi sada inimest, sealhulgas erinevad ettevõtted ja ideedest ning energiast pakatav häkatoni-rahvas. „Enamjaolt siiski tudengid ning akadeemiline personal ülikoolist. Mõni üliõpilane on olnud projekti juures vaid ühe semestri, mõni aasta või kauemgi,“ räägib Rauno Gordon. „Mastaapses projektis osalemisega on saadud heldelt kogemusi ning kõigi osaliste jaoks on rahvusvahelise kosmoseareeni uksed nüüd igal juhul paokil.“

Katsed viivad sihile

Inseneeria lugejad said TTÜ100 projektist maigu suhu juba eelmise aasta oktoobris, mil poelettidele jõudis Mektory erinumber. Kuid eks aastaga jõuab palju teha ning valgus satelliiditunneli lõpus juba paistab – peatselt on kätte jõudmas kauaoodatud väikesatelliidi testimise faas. „Oleme palju rõhku pannud disainile, samuti oleme kõvasti edasi arendanud sisu ehk satelliidi alasüsteeme. Hetkel on kõikidest neist olemas mingis valmimisjärgus olevad versioonid, mida siis iseseisvalt testitakse. Tegeletakse ka tarkvara arendusega ning juba järgmise aasta esimestel kuudel on lootust satelliit kokku panna, et seda siis komplekteeritult testima hakata,“ lisab ta.

„Katsete käigus vaatame, kuidas loodud disain füüsiliselt toimib – kui hästi alamsüsteemid omavahel suhtlevad, elektroonika ja mehhaanika kokku sobivad, kuidas maajaam nendega suhtleb ja sõnumeid saadab.“

Esmalt viiakse läbi turvalised ehk mitte-destruktiivsed testid, et näha, kuidas süsteemid suhtlevad ja funktsioonid töötavad. „Järgmiseks vaatame seda, kuidas satelliit vaakumis käitub, kas see kosmoses ikka ellu jääb. Selleks laseme satelliidile päikesevalgust, kuumutame ja jahutame seda ning lõpuks paneme satelliidi kuubikuna vibratsioonipinki, kus see siis kõikides suundades läbi raputatakse,“ selgitab Gordon.

Testimine võtab aega kuni paar kuud ning näitab ära kõik kitsaskohad, kas on tarvis olemasolevat disaini muuta või midagi parandada. Kõigi eelduste kohaselt saab kevadeks valmis teine ja parendatud versioon, mis läbib seejärel teise testfaasi. „Kogu protsess tundub küll keeruline ja pikaldane, kuid meie väikesatelliidi puhul on see siiski tunduvalt lihtsakoelisem ning protokollivaesem kui mitmeid tonne kaaluvate suursatelliitide puhul,“ selgitab ta.

Pooleteise tunniga ümber maakera

Gordoni sõnul tahavad nad saata TTÜ100 spetsiifiliselt just polaarsele orbiidile, et saaks pilti teha kõikidest paikadest maakeral. „Kui satelliit oleks ekvatoriaalsel orbiidil ehk lendaks mööda ekvaatorit, siis me Eestit ei näekski, kuna meie satelliit saab selleks olema maale liiga lähedal. Plaanis on satelliit saata atmosfäärist parasjagu kõrgemale – ca 500-600 kilomeetri – kaugusele.“ Gordon selgitab, et satelliit viiakse kõrgusesse, kus on vaakum ning õhk ei saa selle liikumist kuidagi pidurdada. „Satelliiti ei viida mitte kosmosesse hõljuma, vaid sellele tuleb anda ka tohutu külgsuunaline kiirus, et see orbiidile püsima jääks.“

Projekti missioon on satelliidi vahendusel teha fotosid nii Eestist kui ka ülejäänud maakerast. „TTÜ100 lendab Eestist üle kaks korda päevas ja teeb seda väga kiiresti – kümne minutiga. Tervele maakerale teeb satelliit täistiiru peale pooleteise tunniga,“ räägib Gordon. Satelliidi automatiseeritud juhtimine toimub maajamaast: koostatud mudeli järgi teatakse täpselt, millal satelliit maa kumeruse tagant nähtavale tuleb, misjärel suunatakse sellele antennid, et satelliiti kümne minuti jooksul, mil see üle Eesti lendab, jälgida. Seejärel jäädakse ootama järgmist ülelendu.

Raketti, mis nanosatelliidi kosmosesse lennutab, pole Kosmosekeskus veel välja valinud. „Oleme võtnud ühendust mitmete kosmosevaldkonna ettevõtete ja satelliidi orbiidile lennutamise teenuse vahendajatega. Kuigi ideaalis võiks TTÜ100 orbiidile lennata järgmise aasta lõpus, mil ülikool tähistab oma sajandat sünnipäeva, siis on võimalus, et teeme seda alles 2019. aasta alguses, sest ESA pakub just sel ajal soodsamaid tingimusi,“ räägib Gordon. N-ö pilet tuleb broneerida aga juba varakult, kuna pisikesi satelliite lennutavad orbiidile üleilmselt väga paljud ülikoolid, lisaks saadetakse Euroopast kosmosesse globaalse positsioneerimise eesmärgil ka suuri mitmetonniseid kommunikatsioonisatelliite.

Orbiidile väikesatelliitide lennutamise teenust pakuvad näiteks ESA, Space X, ka Venemaa ja India.

Gordoni sõnul on satelliit kuni 600 kilomeetrisel kõrgusel orbiidil tiirlema planeeritud umbkaudu 20 aastaks. „Selle aja jooksul pidurdavad kosmoses lenduvad atmosfääriosakesed mingil määral satelliidi liikumist, see muutub aeglasemaks ning hakkab tasapisi langema, kuni kukub tihedamasse atmosfääri, kuumeneb seal suure kiiruse tõttu üles ja põleb ära. Satelliidiga suhtlemine toimub kahe aasta vältel, selle aja jooksul võivad satelliidi elektroonsed süsteemid hakata kiirguse tõttu üles ütlema ja ühel hetkel peame satelliidi täiesti välja lülitama.“

Väikesatelliit aitab keskkonda ja arendab ettevõtlust

Mektory võttis mastaapse projekti ette selleks, et demonstreerida ülikooli tehnoloogilist võimekust projekteerida, komplekteerida ja orbiidile lennutada satelliit, mis teeb oma suuruse kohta võrdlemisi häid pilte, suudab infot satelliidi pardal võimalikult kiirelt töödelda ja sidesüsteemi kaudu suhelda ning tehtud pildid alla laadida. „Meie satelliit ei hakka tegema nii häid pilte, kui teevad näiteks suured satelliidid. Valisime just paraja kvaliteedi, et suudaksime tehtud pildid ka alla laadida. Nanosatelliidi kohta on andmeside kiirus väga suur, kuna kasutame kõrge sagedusega x-band raadiosüsteemi,“ selgitab Gordon.

Lisaks võimekuse demonstreerimisele on antud satelliidil ka palju sügavam ja olulisem tähendus. Gordoni sõnul saab satelliidi tehtavate piltide abil analüüsida keskkonna- ning ilmastikuolusid ja teha nendele põhinevalt olulisi järeldusi maakeral valitseva loodusliku ja klimaatilise olukorra kohta. „Tehtud piltide oskuslikul kalibreerimisel ja registreerimisel saame anda oma panuse sellesse, kuidas maakera ajalisi muutusi jälgida: keskkonnaolud mandril, merel ja linnades, kuidas elab taimestik, kuidas on lood pilvisuse ja jääoludega, mil määral temperatuurid vahelduvad ja isegi seda, milline on vetikate olukord.“ Kuigi on olemas paremaid ja tasuta saadaval olevaid satelliidipilte, arvab Gordon, et valmiv TTÜ100 aitab täita need ajalised hetked, mis jäävad jälgitavates ajalistes muutustes teiste satelliitide poolt paratamatult kaardistamata.

„Laiemas perspektiivis, kuna Eesti ühines hiljuti Euroopa Kosmoseagentuuriga (ESA), annab see meile võimaluse arendada kosmosetehnoloogiat kõikides aspektides: riistvara ehk satelliidid ise, andmeside ning infotehnoloogilised teenused, mida satelliidid pakkuda saavad nagu ilmastiku jälgimine, internetiandmeside ja meedia,“ selgitab ta ning lisab, et ülikooli osalus sellises kosmoseprojektis annab Eestile juurde tohutult kompetentsi ning võimalusi arendada Eestis kõrgtehnoloogilist ja kosmosega seonduvat ettevõtlust.

Rauno Gordon on asjade käiguga rahul: süsteemid toimivad senini ja erinevate etappidega ollakse kenasti ree peal. „Saame antud projektiga saadud spetsiifilisi kogemusi ja teadmisi rakendada suuremamõõdulistes ettevõtmistes,“ räägib Gordon põnevatest tulevikuväljavaadetest. „Seda me veel ei tea, kas ja millal ülikool järgmist satelliiti ehitama hakkab, kuna tegemist on siiski väga kalli projektiga, aga kõigil osalenutel on nüüdseks piisavalt kogemust, et ise rahvusvahelistes tegemistes kaasa rääkida, meie loodud tehnoloogiat edasi arendada ning ka rakendada.“

Nanosatelliit TTÜ100

Projekti algus: 2014

Kuupsatelliidi suurus: 10 x 10 x 10 cm

Kaal: 1,33 kg

Kaamera resolutsioon: maapinnal 30 m piksli kohta

Kaamera kanalid: 4 kanalit – 3 värvi, lisaks lähi-infrapuna

Maksimaalne võimsus akude laadimiseks päikesepaneelidest: 6 W

Maksimaalne võimsus tarbimisel: 30 W

Orbiit: maalähedane orbiit 500-600 km kõrguselt maast (LEO SSO)

Kiirus orbiidil: 7 km/s

Ühe orbiidi kestus maalähedasel orbiidil: 1h 30 m