ESTCube on valmis

21. jaanuaril toimus Tallinna teletorni teise korruse konverentsisaalis tudengisatelliidi ESTCube-1 ärasaatmise pressikonverents. Valmis satelliit on nüüdseks teel Prantsuse Guajaana poole, kust algab käesoleva aasta aprillis teekond kosmosesse Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) uusima raketi Vega pardal. Teletornis olid kohal Eesti suuremate tele- ja raadiojaamade esindajad, sponsorid, tudengid ja sõbrad. Kaameraid ja mikrofone oli saalis kokku ilmselt rohkem kui päid. Välgupahvakud aga andsid üritusele omalaadse sära, on ju tegemist Eesti esimese satelliidiga.  Oma kohaloluga palistas üritust ka riigikogu esimees, akadeemik ja astrofüüsik Ene Ergma.

Eesti esimene satelliit ei hiilga suurusega. ESTCube on valmistatud CubeSat standardi järgi, mis loodi 1999. aastal California osariigi Polütehnilise Instituudi ja Stanfordi Ülikooli teadlaste poolt (loe siit). Standardi eesmärk on anda maailma ülikoolidele ühine kosmosetehnoloogia arendusplatvorm. Eeskirjades on määratud, et satelliit ei tohi olla suurem kui 10x10x10 cm (antud väikeste tolerantsidega) ning ei või kaaluda rohkem kui 1,3 kg. Enamasti kuup üle paari eksperimendi ei mahuta. Küll aga on võimalus standardiseeritud satelliitide väljutamissüsteemist (P-Pod) orbiidile saata kahe- või kolmeühikulisi kuupe, mida nimetatakse vastavalt 2U ja 3U. Kuubi sisu on valmistajate eneste mängumaa. Neid on kosmosesse saatnud kirju seltskond, muuhulgas ülikoolitudengid, Ameerika kosmoseagentuur NASA ja taani raadioamatöörid. Kasutatavaid elektroonikakomponente leiab poeriiuleiltki: lihtsus on CubeSat standardis korduvalt rõhutatud eesmärk. 2012. aasta augustikuu seisuga oli Maa orbiidil 75 ESTCube-i sarnast kuupsatelliiti.

Eesti tudengisatelliidi programm algatati Tartu Ülikooli üliõpilaste ja õppejõudude poolt 2008. aastal. Idee tekkis paar aastat varem. Projekti põhieesmärgiks on kogu selle kestuse vältel olnud reaal- ja inseneriteaduste populariseerimine ning tudengitele kogemustepagasi andmine. Aastate jooksul on esialgsest sähvatusest kasvanud välja täieulatuslik rahvusvaheline koostööprojekt, milles on kaasa löönud Tartu Ülikooli, Tallinna Tehnikaülikooli, Eesti Maaülikooli ja Lennuakadeemia tudengid. Tartus baseeruvas töörühmas on ka läti tudengeid.

ESTCube-1 teaduseksperimendi, päikesepurje, leiutas 2006. aastal Soome metroloogiainstituudi teadlane Pekka Janhunen. Purje moodustavad mitmed radiaalselt välja suunatud peenikesed põimtraadid. Purjetamise ajal antakse traatidele satelliidi pardalt elektronkahuriga positiivne laeng. Päikselt tulevad prootonid, mis on samuti positiivselt laetud, kannavad laengute tõukumise tõttu osa oma impulsist purjele. Ühest prootonist saadav kiirendus on küll väike, ent piisava purjepindala ja aja jooksul võib Janhuneni sõnul teoreetiliselt purjesatelliit saavutada enam kui 50 km/s kiiruse. Voyager-1 eemaldub võrdluseks heliotsentrist ligikaudu 18 km/s, mis on seni kiireim avakosmose suunas lähetatud tehisobjekt. Päikesepurje kütusetarve on suurte kiiruste saavutamisel proportsionaalselt väike.

ESTCube-1 pardal on vaid üks 10 m pikkune traat, mis peaks sellegipoolest andma märgatava efekti. Satelliit pannakse pöörlema, mis tekitab efektiivselt πR² suuruse purjepindala. Tsentrifugaaljõud hoiab traadi sirge. Ideaaljuhul on täismõõdus päikesepurjega (50-100 20 km pikkust traati) võimalik kosmoselaeva ka tüürida. Selleks on vaja anda traatidele õigeaegseid elektronkahuri impulsse. Vältimaks mikrometeooridest tingitud kahjustusi on purje lõad keevitatud mitmest 25-50 mikromeetrise läbimõõduga traadist.

Päikesepurje rakenduste hulk ja tüüp on otse ulmekirjanduslik. Janhunen kirjeldas Teletorni ettekandes asteroidide vahelist satelliitliiklust, haruldaste asteroidmineraalide toomist Maale, koduplaneedi kaitsmist ohtlike taevakehade eest ja kiiremaid planeetidevahelisi reise. Üks kosmoseajastust võrsuvaid probleeme on risustunud orbiidid. Maakera ümber leidub küllaldaselt surnud satelliite, mis kukuvad gravitatsioonijõul Maale tagasi alles pärast aastakümnete pikkust vindumist. Päikesepurje abil aga oleks võimalik satelliitmissiooni liigpikka eluiga lühendada. Lisaks oleks purje abil võimalik hoida satelliite ebastandardsetel orbiitidel ja jälgida kosmoseilma: ioniseerivate osakeste liiklust ning päikesetorme.

ESTCube-1 missioonil on kaheksa üldetappi. Esimene suur samm on väljumine Vega kanderaketist, mis toimub lihtsa P-Pod vedrusüsteemi abil. ESTCube läheb ligikaudu 600 km kõrgusele polaarorbiidile, mis on Maast 200 km kaugemal kui Rahvusvaheline kosmosejaam ISS. Pärast kodukapslist väljutamist on esmaülesandeks antennisüsteemi välja kerimine ja esimeste telemeetriasõnumite saatmine. Side toimub raadioamatööridele määratud 437,250 MHz  või 437,505 MHz sagedusalas. Telemeetriasignaal saadetakse morsekoodina, selles sisaldub näiteks akude pinge ja temperatuur. Esimesed andmed selgitavad, kas satelliit on stardikatsumused üle elanud. Seejärel käivitatakse PWM (Pulse Width Modulation) algoritmidega satelliidi kolmeteljeline elektromagnetpool ja peatatakse satelliidi juhupöörlemine. Testmeeskonna liikme Laur Joosti sõnul kulub pöörlemise peatamiseks ligi viis orbiiti.

Missiooni kolmandas etapis peenhäälestatakse sidesüsteeme ja tehakse pardakaameraga pilt Eestist. Seejärel alustatakse päikesepurje eksperimenti. Satelliit pannakse varem stabiliseerimiseks kasutatud elektromagnetmähiste abil satelliit paralleelselt Maa pöörlemisteljega pöörlema. Kuup peab sooritama vähemalt ühe pöörde sekundis. Inertsiaaljõudude ja Saksamaal välja töötatud kerimismehhanismi abil väljutatakse juuspeen alumiiniumtraat. Impulsimomendi jäävuse kohaselt satelliidi pöörlemiskiirus väheneb, niit laetakse ja eksperiment algab. 600 km kõrgusel on satelliit veel Maa ionosfääris, mis tähendab, et traati ei taba mitte otsene päiksetuul, vaid Maa magnetvälja lõksustatud laetud osakesed. Satelliidi pöörlemiskiirus peaks interaktsiooni tõttu vähenema. Sellega oleks Pekka Janhuneni päiksepurje konseptsioon tõestatud. Tudengisatelliidi viimane etapp kätkeb kuubi enesehävituslikku sisenemist Maa atmosfääri. Alles siis saab ESTCube-1 missioonile joone alla tõmmata. Satelliiti juhitakse selleks eraldi loodavas Tõravere Observatooriumi juhtimiskeskuses.

Enne, kui 21. jaanuari hommikul kuupsatelliit Tartust hõbedases mikrobussis Tallinna poole teele asus, andsid tudengid sellele veel viimast lihvi. Tudengisatelliidi projekti ühe algataja Mart Noorma sõnul on projekti hariduslik eesmärk täidetud 90% ulatuses. ESTCube-i raames on kraadikaitsmise võimaluse saanud üle neljakümne bakalaureusetudengi. Lisaks on kaitsmisel magistri- ja doktoritöid. Tartu Ülikoolis toimib juba mitmendat aastat millitaar- ja kosmosethnoloogia valikainete moodul.

Noorma sõnul on reaalainetetega seotud ekspertide puudus ülemaailmne. On suuri ideid ja mõtteid, ent sageli tuleb vajalikku oskust tikutulega taga otsida. Kuupsatelliidi projekt on tudengitele andnud hädavajaliku kogemustepagasi. „Teadmised ilma praktikata ei ole kuigi palju väärt,“ sõnas konverentsil Noorma. Rahulolu tehtud tööst oli näha ka kohalviibinud satelliidiehitajate säravatelt nägudelt. Nad on käe külge pannud Eesti esimesele satelliidile ning on selle üle õigusega uhked. Kas oleks võinud Liivimaa Henrik arvata, et nende inimeste järeltulijad, kes Ebavere mäel Taarat tunnistasid, kunagi oma kodumaale kosmosest alla vaatavad?