13. detsember 2021 - Hans Teras

ESTCube-2 missioon

ESTCube-2 on kolmeühikuline kuupsatelliit, mida arendavad põhiliselt Tartu Ülikooli tudengid Tartu Observatooriumi valvsa pilgu all ning nende abiga. ‘Kolmeühikuline’ tähendab kuupsatelliitide kontekstis kolmest 10 x 10 x 10 cm suurusest ja kuni 1.33 kg kaaluvast kuubikust koosnev tervik. See tähendab, et meie pisike aga võimekas satelliit on 30 cm pikk ja kaalub kuni neli kilogrammi.

ESTCube-2 missioonil on mitmeid erinevaid tahke ning ta üritab lahendusi otsida paljudele probleemidele, mis meid kui inimkonda juba kimbutavad või meid tulevikus ohustada võivad. Meie tiim loodab olla esimene maailmas, kes suudab efektiivselt kasutada satelliidi pardal olevat uudset ja seni kosmoses testimata teaduseksperimenti, milleks on  elektriline päikesepuri ehk e-puri. Tegemist on Soome meteoroloogiainstituudi teadlase Pekka Janhuneni välja töötatud kontrollitava tõukejõusüsteemiga. See ei vaja edasi liikumiseks raketikütust, vaid üksnes laetud ioonidega täidetud keskkonda, nagu seda on maakera ümbritsev ionosfäär või planeetidevahelist ruumi täitev ‘päikesetuul’.

 Kunstniku nägemus ESTCube-2 satelliidist kosmosemissioonil. Autor: Frost FX, ESTCube

 Süsteemiinsener Janis Dalbinš töötamas ESTCube-2 satellidi elektroonikaga. Foto: Laila Kaasik
 Satelliit kasutamas atmosfääris asuvaid laetud osakesi oma kiiruse vähendamiseks ESTCube-1 näitel, nö 'plasmapiduri' konfiguratsioonis. Autor: Rute Marta Jansone

E-purje tehnoloogiat saab sõltuvalt keskkonnast kasutada mitmeks eri otstarbeks, mis viivad meid erinevate tulevikulahendusteni. Kasutades purje Maad ümbritsevas ionosfääris on meil võimalik tekitada satelliidi liikumist takistav hõõrdejõud, mis järk-järgult satelliidi orbiiti langetab. Nii saab oma missiooni täitnud satelliit lõpuks põledes tagasi atmosfääri siseneda ja väldib kosmoseprügi kuhjumist orbiidile. Meie tiim kutsub seda ‘plasmapiduriks’. Kasutades e-purje aga positiivses ehk päikesepurjetamise režiimis, kus tema pikad traadid on laetud positiivselt, saame kasutada tekkivat vastastikmõju planeetidevahelise plasma ehk päikesetuulega, mis tõrjutakse meie purjele liginedes kõrvale. Kasutades saadavat impulssi oma trajektoori muutmiseks, võime jõuda pea ükskõik millisele vajalikule orbiidile päikesesüsteemis, kasutamata seejuures tilkagi kütust.

Satelliiti võiks ehk kõige paremini võrrelda mõne maailmamerel seilava suure kaubalaevaga - tema ülesehitus ja paljud alamsüsteemid on sarnased või täidavad samu ülesandeid. Näiteks saavad nii laev kui satelliit oma reisil loota vaid oma kaasa võetud varudele ja oskustele ning mõlemal on kriitiline tagada oma alusele piisav varustatus energiaga, navigeerida teatud seaduspärasuste põhjal ning vajadusel luua kommunikatsioonivõimekus välismaailmaga. Sarnaselt tühja kaubalaevaga võib ka satelliit olla lastimata ja tühi. Vajalik on ainult reisiks vajaliku tark- ja raudvara, nn kaptenisild, mida me kutsume satelliidi siiniks (ing.k. satellite bus). Selline siin moodustabki satelliidi aju, pardaarvuti ja kõik alamsüsteemid, mis tagavad võimekuse kõigis missiooni aspektides. ESTCube-2 puhul on üheks projekti suureks teemärgiks meie uue ja ülimalt integreeritud siini demonstreerimine kuupsatelliitide missioonideks nii Maa madalorbiidil kui ka kaugemal süvakosmoses.


ESTCube-2 infograafik. Autor: Anna Maskava, Space-Travel blog, Laila Kaasik


ESTCube-2 on parasjagu läbimas arendusetappe ja katsetusi, mis valmistuvad satelliiti 2022. aasta teises pooles Arianespace’i Vega-C raketiga kosmosesse saatma. Raketistart on planeeritud Guajaana kosmosekeskusest Lõuna-Ameerikas

Kokkuvõtteks võime välja tuua ESTCube-2 missiooni põhilised aspektid ja orbiidil demonstreeritava uue tehnoloogia:

  • Uudse ja kütusevaba tõukejõusüsteemi esmakordne katsetus orbiidil kui lahendus väikesatelliidimissioonidele kosmoseprügi tekitamise vastu, nn ‘plasmapidur’. Edasised katsetused selle päikesepurjetamise režiimis, mis hõlmavad Dresdeni Tehnikaülikoolis välja töötatud elektronkiirgurite katset, võivad avada tee Päikesesüsteemi vallutavatele odavatele väikesatelliitidele.

  • Katsetada Tartu Ülikooli Füüsika Instituudis välja töötatud nanomaterjalide kaitseefekti Maa lähedase avakosmose atomaarse hapniku söövitava mõju eest.

  • Kõrgtasemel integreeritud, ühe kuupsatelliidi ühiku sisse mahtuva ja süvakosmose missioonideks arendatud satelliidi pardasüsteemide ja siini testimine komoses. Tehnoloogia hõlmab endas lisaks tavasüsteemidele miniatuurset tähejälgijat, hoorattaid, külmgaasi tõukejõumoodult ja satelliidi asukoha määramiseks kasutatavat raadiosideeksperimenti. 

  • Näitame pardal olevate Tartu Observatooriumis välja töötatud kuupsatelliidi skaalas maavaatluskaamerate võimekust. Meie stereokaamerate spektraalkarakteristikud matkivad ESA Sentinel-2 missioonide näitajaid, mis võimaldavad meil tulemusi nende omadega võrrelda ja anda oma panus nende toodetud andmehulkadele lisa-ülelendude näol.