Selle aasta esimesel poolel oli oodata ülikooli Tartu observatooriumis valminud tudengisatelliidi ESTCube-2 jõudmist orbiidile. Kahjuks kanderaketi Vega-C start detsembri lõpus ebaõnnestus ja järgmist lendu ei määrata enne, kui viga on selgunud.

Jõululaupäeva eel ka Eesti teleuudistes näidatud Euroopa raketi äpardunud start rikkus tudengisatelliidi meeskonna pühadetuju. „Meie oleksime pidanud startima pärast detsembri raketti järgmisena, aga nüüd ei riskita seni, kuni raketi viga leitakse ja parandatakse. Varasema kogemuse järgi võtab see aega mitu kuud,“ ütleb ESTCube-2 kommunikatsioonijuht Katriin Kristmann. Halval juhul võib väljalend lükkuda ka 2024. aastasse.

Euroopa Kosmoseagentuuriga koostöös toodetavad Vega kanderaketid on mõeldud väiksemate kosmoseaparaatide toimetamiseks orbiidile. Nende stardiplats asub Prantsuse Guajaanas Kourou kosmosekeskuses. Uus mudel Vega-C tegi eduka esmastardi 2022. aasta suvel, ebaõnnestunud väljalend oli järjekorras teine ning ESTCube-2-le oli broneeritud koht kolmandas lennus.

Noored teadlased teevad eluplaane ringi

Kosmosetehnoloogia on juba paraku selline, et siin ilma kannatlikkuseta kaugele ei lenda. Meeskond oli küll stardiks valmis juba selle aasta algul, aga lisaaeg tuleb isegi kasuks, sest starti oodates saab veel tarkvara testida.

„Kuni satelliit on Maa peal, on võimalik leitud vead mõne minutiga parandada. Pärast, orbiidil tähendaks koodi parandamine paari päeva kuni nädala pikkust tööd, mitme alamsüsteemi vea puhul võiks minna isegi kuid,“ ütleb ESTCube-2 juhtiv süsteemiinsener Kristo Allaje.

Niisiis on osa tiimiliikmeid süllekukkunud lisaaja ja väljateenitud hingetõmbepausi eest hoopis tänulikud. Paljudele noortele inimestele tähendab edasilükkumine siiski ka lähiaja eluplaanide ringimängimist, sest meeskond oli valmistunud peatseks missioonikontrolli perioodiks. Kuna insenere ei taheta laiali saata, mõeldakse ka uue satelliidiprojekti alustamisele, sest see aitaks hoida tudengitest insenerid rakkes.

„Kui palju see ka aega ei võta, on satelliidi arendusse panustatud töö ja aeg nii väärtuslik, et tiimi lojaalsus on väga suur,“ ei muretse Katriin Kristmann meeskonna laialipudenemise pärast. „ESTCube-2 kaheaastaseks missiooniks antud lubadused püsivad ja kõik liikmed tahavad näha, kuidas satelliit orbiidil käitub,“ ütleb ta.

Kui Eesti esimese tudengisatelliidi, 2013. aastal kosmosesse lennutatud ESTCube-1 kõige tähtsam ülesanne oli olla teerajaja, siis ESTCube-2 meeskond keskendub teadusmissioonile.

Väliselt on ESTCube-2 nelja- ja poolekilone karp, mis koosneb kolmest kümnesentimeetriste külgedega kuubikust – seega kolm korda suurem kui eelkäija. Sisuliselt aga on see teadus-, haridus- ja inseneeriaprojekt, millest saavad hoogu tulevased teadustiimid ja iduettevõtted.

ESTCube’i projektijuht Hans Teras seletab, et pardal on kavas kaks suurt eksperimenti. „Esiteks viib satelliit üles kaks Tartu observatooriumis tehtud maavaatluskaamerat. Esimese missiooniaasta jooksul koguvad need Maa pinnalt pilte ning annavad teadlastele infot meie planeedi rohemassi kohta ehk mõõdavad vegetatsiooniindeksit jt näitajaid.“

001_02_est_cube-01__.jpeg

Nii peaks plasmapidur kosmoses töötama. Illustratsioon: ESTCube

E-päikesepuri ja plasmapidur

Elektriline päikesepuri ehk e-puri on Soome Meteoroloogiainstituudi teadlase Pekka Janhuneni väljatöötatud kontrollitav tõukejõusüsteem. See ei vaja edasiliikumiseks raketikütust, vaid üksnes laetud ioonidega täidetud keskkonda, nagu seda on maakera ümbritsev ionosfäär või planeetidevahelist ruumi täitev päikesetuul.

Sõltuvalt keskkonnast saab seda tehnoloogiat kasutada nii edasiliikumiseks kui ka pidurdamiseks. Kui pikad peened positiivselt laetud traadid paigutatakse looduslikku ioniseeritud osakeste voolu, näiteks päikesetuule kätte, tõukab traadi ümber olev elektriväli päikesetuule osakesi eemale ja sellega lükatakse kosmoseaparaati edasi. E-purje traadid hoitakse pinge all kõrgepingeallikaga. Traadi positiivse pinge säilitamiseks pumbatakse elektronkiirguri abil ümbritsevast plasmast kogutud liigseid elektrone pidevalt välja. Traatide abil saab kosmoselaeva nii Päikesest eemale tõugata kui ka vastutuult Päikese poole „halssida“, kallutades purje orbiidil liikumist pidurdama, nii et Päikese gravitatsioon tõmbab seda sissepoole.

Kui aga satelliit liigub madalamal orbiidil, Maa ionosfääris, saab sama lahendust kasutada plasmapidurina. Traatidele antakse negatiivne laeng ja tekib satelliidi edasiliikumist takistav hõõrdejõud, mis aitab satelliiti järk-järgult langetada ja selle atmosfääri tagasi tuua. Nii saab satelliidi missiooni lõppedes ohutult kõrvaldada.

ESTCube’i missioonidest saab põhjalikult teada kodulehelt estcube.eu.

Teiseks on pardal plasmapidur, nagu esimeseski ESTCube’is. Seda on vahepeal kümme aastat täiustatud, sama lahendust on proovitud rakendada ka Soome satelliidimissioonidel, kuid seni edutult. Viimane pool aastat ESTCube-2 missioonist keskendubki plasmapiduri katsetamisele.

Üldiselt ei ole tudengisatelliitide, aga ka laiemalt väike- ja kuupsatelliitide töökindlus just kõige suurem. Paratamatult kasutatakse odavamaid, kättesaadavamaid materjale ja komponente, mida ei ole saadud katsetada tipplaborites. Ka on loomulik, et õppeprotsessi käigus tehtud töös juhtub viperusi ja jääb sisse veakesi.

Siiski on Hans Teras lootusrikas, et meeskond saab oma satelliidiga ilusti kontakti. „Seejärel tekib küsimus, kui libedalt jätkub missioonifaas ja kas ta ei hakka meil kosmoses pirtsutama.“

Kristo Allaje on sama meelt: „Kui ta piiksuks, oleks juba päris tore. Ainuüksi see oleks hiiglaslik võit, kui saaksime temaga kontakti, et „jah, olen elus ja suudan käskudele vastata“.“

Plasmapidur aitaks vähendada kosmoseprügi

ESTCube-2 sai meeskonna mõtetes alguse juba siis, kui ESTCube-1 alles valmimas oli. Hans Terase sõnul oli neil kohe kindel veendumus, et tuleb teha ka järgmine, ambitsioonikam katse. ESTCube-1 põhjal valmisid bakalaureuse- ja magistritööd, milles analüüsiti lähemalt üht või teist võimalikku lahendust, mida uuel satelliidil paremini teha. Esimene missioon kestis 2015. aasta lõpuni ja kui meeskond selle juurest vabanes, hakati kohe värbama tudengeid uude tiimi. Rahastuse korraldamiseks asutasid ESTCube-1 tegijad Eesti Tudengisatelliidi Sihtasutuse, mille ülesanne oli valvata asjade käiku ja aidata projekti edasi.

ESTCube-1-s tuleristsed saanud plasmapidurist sai uue satelliidi teadusprojekti kese. See on üks võimalikke lahendusi, kuidas satelliidid töö lõppedes kiiresti atmosfääri tagasi tuua ja ära põletada, et nad ei jääks prügina kasutult ja üksteisele ohtlikult kosmosesse tiirlema. Arvatakse, et juba praegu tiirleb ümber Maa ligi 30 000 sellist objekti, neist igaühe liikumiskiirus on kümme korda suurem kui püssikuulil.

Plasmapidur on väga peenike, kõrge pingeni laetud traat, mis viiakse poolile kerituna üles ja mis peab end Maalt saadetud käsu peale kosmoses lahti kerima. Vastastikmõju ümbritsevate osakeste pisikese elektriväljaga annaks sellele traadile nn Coulomb’i pidurdusjõu, mis vähendab läbi plasma (ioniseeritud gaasi) vuhiseva satelliidi kõrgust, kuni see kukub sügavamale Maa atmosfääri ja põleb ära.

Mida pikem on laetud traat, seda suurem on selle pidurdusjõud. Tõhusamad pidurdajad (aga ka kiirendajad nagu e-puri – see põhimõte toimib kahtepidi) peaksid olema kilomeetrite pikkused, kuid et sellise traadi paksus on kõigest 50 mikromeetrit, ei ole see isegi katki minnes teistele kosmoses töötavatele satelliitidele ohtlikum kui muu kosmoseprügi.

„Sisuliselt seisneb ülesanne selles, et kerida kosmoses lahti väga pikk, meie satelliidi puhul mitmekümne meetri pikkune traat, mis on peenike kui juuksekarv, ei kaalu palju, kuid ei lähe ka sassi,“ selgitab Hans Teras. „See on tehniliselt ülikeeruline ning seda saabki ette võtta vaid kuupsatelliidiga ja meiesugune uurimisrühm, kelle eesmärk on just demonstreerida uusi tehnoloogiaid.“

ESTCube-1 moodulist traat välja ei tulnudki. Tõenäoliselt tekkis mooduli sees mingi tõrge, näiteks sai raketi stardi käigus miski viga ja moodul lukustus nii, et „niidirull“ ei saanud keerelda. „Seega näitas test, et väljakerimise lahendus vajab rohkem tööd,“ ei pea süsteemiinsener Kristo Allaje esimest missiooni ebaõnnestunuks.

Hans Teras jätkab: „Kui suudame traadi edukalt lahti kerida ning näidata, et sellise pisikese mooduliga annab tõesti meie satelliidi atmosfääri tagasi tuua ja ära põletada palju kiiremini, kui ta muidu põleks, siis annab see väga suure tõuke Euroopa Kosmoseagentuuri ja NASA Greenspace’i programmidele, mis otsivad lahendusi tulevase kosmoseprügi vähendamiseks.“

Võime kosmosesse lennutatud vidin pärast töö lõppu ära koristada muutub teadusele järjest olulisemaks. USA-s on nõudeid juba karmistatud, seal peab midagi orbiidile saates garanteerima, et objekt suudab viie aastaga alla kukkuda. Euroopas kehtib veel 25 aasta piir, aga kui viie aasta reegel kehtestada üle maailma, siis ei olegi enam võimalik kasutada kõrgematel orbiitidel lendavaid kuupsatelliite. Neile on vaja viie aastaga alla kukkumiseks lisaabi.

„Plasmapidur pakub siin ühe potentsiaalse lahenduse. Kui meie katsetatav satelliitide kiirendamise ja aeglustamise tehnoloogia töötab tõendatult, siis saab avastama minna ka kaugemale Päikesesüsteemi. Saab teha väiksemaid, odavamaid ja rohkem teaduslikke teadmisi andvaid missioone , mis ei maksaks miljardeid dollareid ja mida ei ehitataks kümme aastat. Tänu sellele oleks teadusel võimalik kosmosest massilisemalt andmeid koguda,“ võtab Hans Teras projekti tähtsuse kokku.

EstCube’i töös on osalenud üle viiesaja inimese

ESTCube’i projekti on arendanud peamiselt Tartu observatooriumi üliõpilasmeeskond. Põhitoiminguid juhivad üliõpilased, kaasates mentoreid ülikoolist ja kaugemalt.

Siin on 10–15 inimesest koosnev tuumiktiim, kes teeb midagi iga päev või ülepäeviti. Siis on neid, kes tulevad ja lähevad ning on haaratud horisondil, ja muidugi on toetajad, eelkõige ESTCube-1 inimesed, kelle poole saab alati nõu küsimiseks pöörduda.

„Aastate jooksul on ESTCube’iga seotud kasutajanimi tehtud umbes 500 inimesele, üliõpilasi on neist paarsada,“ ütleb Hans Teras. „Pidevalt on mingi hulk sarnaste huvidega inimesi, kellega koos edasi liikuda.“

Vabatahtlike seas leidub nii reaal-, humanitaar- kui ka sotsiaalteaduste üliõpilasi. Näiteks projektijuht Hans ise õppis hoopis ajalugu, kuid kosmos tundus talle nii kütkestav, et ta valis kõrvalerialaks füüsika.

„Viiest füüsika õppimise aastast neli olen olnud seotud ESTCube’iga. See projekt on mulle kui alustala, see on andnud füüsikateadmiste tausta ja väljaõppe, aga ka uusi tutvusi, ägedaid projekte, selge visiooni oma magistri- ja doktoritöödeks. On tunne, justkui hoiaks keegi kogu ülikooliteel mul käest kinni ja juhataks kindlalt edasi.“

Muidugi on satelliidi ehitamine ikkagi vaid väga kitsas külg kosmosevaldkonnast. „Kui observatooriumi peal ringi käia ja rääkida inimestega, keda inspireerivad tähevaatlused, tumeaine ja galaktika, siis oleme üksteisest oma asjadega ikka meeletult kaugel. Meie keskendume siiski paljuski poltidele, juhtmetele ja mutritele,“ lisab Teras.

Kristo Allaje seevastu ei ole enda sõnul otseselt kosmosefänn, temale on satelliit lihtsalt huvitav tehniline väljakutse. Tema hindab väga Tartu observatooriumi laboritehnikute ja inseneride, samuti administratsiooni toetust. „Kui tekib probleem, lähed koputad uksele, räägid kaks-kolm tundi juttu ja saad vastused kätte. On vaja mingit testi teha – jälle lähed koputad uksele.“

Kristo suurim peavalu on aga see, et ikka ja jälle tuleb mõni tiimiliige nukra näoga tema juurde ja ütleb, et on saanud hea tööpakkumise. ESTCube on saanud tööandjatele kvaliteedimärgiks. Selle meeskonna liikmetel pole edaspidi probleemi hea töökoha leidmisega.

Katriin Kristmann lisab, et satelliidiprojektil ongi ka selge ühiskondlik pool. „Eesmärk ei ole ainult kosmosemissioon, vaid ka tudengite koolitamine, neile praktilise kogemuse andmine; ka esimese tööotsa andmine inseneeria vallas, sest algajana on raske kuhugi tööle saada.“

Samuti võimaldab projekt teadust populariseerida ja avardada inimeste teadmisi kosmosest.

„Korraldasime kosmosefestivali, kus üheks esinejaks oli Euroopa Kosmoseagentuuri astronaut. Festivali osaks oli ka teadusettevõtete ja -asutuste messiala, kus sai tutvuda Eestis tehtava kosmoseteadusega,“ jätkab Katriin. „ESTCube aitab välja koolitada uut põlvkonda. Me ootame, et kõik meie insenerid ja tublid tudengid saavad tänu sellele projektile tuntust juurde ning teevad tulevikus suuri asju – nii, nagu ESTCube-1 tegijate käekäik juba näidanud ongi.“