"Järgmiste ESTCube'ide peamine eesmärk on testida e-purje ja Kuu orbiidil saame seda teha päikesetuulte mõjusfääris," ütleb Tartu Ülikooli füüsika, keemia ja materjaliteaduse esimese aasta bakalaureusetudeng Agnes Rohtsalu. E-puri ehk elektriline päikesepuri on võrdlemisi uus tehnoloogia, kus satelliit ammutab edasi liikumiseks vajaliku tõukejõu päikesetuulest ehk Päikeselt tulnud laetud osakestest. 

Sarnase purjega on varustatud ka veel kosmosesse lähetamist ootav ESTCube-2, kuid pisut teisel eesmärgil. Nimelt saadetakse teine kuupsatelliit, nagu ka ESTCube-1 Maa-lähedasele orbiidile. "Maa-lähedasel orbiidil kasutame e-purje moodulit rohkem plasmapidurina tagasiteel Maa suunas. ESTCube-3 või -4 puhul tahame seda Kuu orbiidil kasutada aga just e-purjena," võrdleb Rohtsalu.

Tartu observatooriumi kaasprofessor Andris Slavinskise sõnul saab järgmisel kuupsatelliidil olema ka teine kõrvaleesmärk. "Püüame ühtlasi tulla Kuu orbiidilt tagasi Maa mõjusfääri: seegi on omal moel hea viis meie tõukesüsteemi tööd näidata," avab ta.

Kuubikust saab kingakarp

Andris Slavinskise sõnul soovis ESTCube'i meeskond juba esimese satelliidi lähetamise aegu jõuda järgmiseks Kuu orbiidile. "Kui aga ESTCube-1 missiooni lõpetasime, oli selge, et peame asju ümber kujundama. Maa-lähedasel orbiidil oli neid kõige lihtsam katsetada," selgitab ta. ESTCube-2 pardale lisaski tiim tema sõnul juba rohkem süvakosmosesse sobivat tehnoloogiat.

Ehkki enne läinud jõule lükkus ESTCube-2 lähetamine edasi, hakkas Slavinskis tudengitega järgmisest satelliidist rääkima juba novembris. "Sellest ajast on tudengid loengute kõrvalt töötanud inseneeriapoolega ja mina olen peamiselt taotlusi kirjutanud, et järgmise missiooni disainipoolt kokku saada," kirjeldab ta.

Praegu kavandatav kolmas ESTCube saab Agnes Rohtsalu sõnul olema eelkäijatest suurem. "Kui ESTCube-1 koosnes ühest 10 x 10 x 10 sentimeetrisest kuubist, siis kolmandas satelliidis on kuus kuupi," võrdleb ta. Mõõtudelt ongi järgmine satelliit 20 x 30 x 10-sentimeetrine risttahukas. "See saab olema umbes kingakarbi-suurune," piltlikustab Slavinskis.

Uue satelliidi küljes hakkab olema ka traaditaoline ja silmaga pea nähtamatu lõõg. "See on umbes sama jäme nagu õmblusniit. Kasutame seda, et Kuu orbiidilt välja murda," selgitab Rohtsalu. Kui pikk lõõg täpselt olema peab, oleneb Slavinskise sõnul satelliidist. "Uue ESTCube'i puhul kaalume ühe kuni viie kilomeetri pikkust lõõga. Selle lõplik pikkus sõltub tootmisvõimekustest ja kui tihedalt me suudame lõa kokku pakkida," arutleb ta.

Taustal valmib kaasprofessori sõnul ka ajakirja Aerospace temaatiline erinumber "Advances in CubeSat Sails and Tethers" ("Kuupsatelliidipurjede ja -lõõgade arengud"). "Põhimõtteliselt läheb kogu meie praegune teadustöö sinna erinumbrisse. See saab olema keset suve suur samm edasi," märgib Slavinskis. Aasta lõpus ootab aga esitamist suur rahastustaotlus.

Rohtsalu sõnul on töörühm järgmiste ESTCube'ide arendamisega alles päris alguses. "Lähetamisest on veidi vara rääkida, aga võib-olla jõuame järgmise või ülejärgmise satelliidiga orbiidile 2029. aastal. Ehk aega meil veel on," sõnab ta.

Uus ja tundmatu plasmapidur

Nagu öeldud, ESTCube'i meeskonna lõppeesmärk on lähetada oma satelliit Maa orbiidilt välja süvakosmosesse: täpsemalt tugevamate päikesetuulte juurde. "Analüüsisime, et Kuu orbiit oleks selleks parim koht. Põhimõtteliselt on meil seal päikesetuultele otsene ligipääs," osutab Andris Slavinskis. Seal avaneb töörühmal võimalus teha tõukejõukatseid.

Erinevalt Maa-lähedasest orbiidist pole Agnes Rohtsalu sõnul Kuu orbiidil ei magnetvälja ega atmosfääri. Teisisõnu ei kaitse kosmoselaeva päikesetuulte mõju eest miski. "Meie saame seda tuult kasutada tõukejõuna," ütleb üliõpilane.

Slavinskise sõnul on päikesepuri tõukejõusüsteemina uhiuus ja katsetanud pole seda veel keegi. "Uusi tõukejõusüsteeme ei looda just iga päev," tõdeb ta. Nii on ESTCube'i meeskonna jaoks juba tavapäraseks saanud tööetapid maailma kosmosekogukonna silmis midagi uut. 

"Tavaliselt on kosmoseagentuurid aga väga konservatiivsed ja tahavad, et tehnoloogiad oleksid arendatud teatud tasemeni. Alles siis lubatakse need missioonidele," lisab ta. Seega pole ka e-purje tehnoloogia agentuuride silmis veel piisavalt küps.

Niisiis on teadlastel kaasprofessori sõnul vaja rahastust, mis võimaldaks tehnoloogial küpseks saada. Üks võimalus selleks on Euroopa Komisjonil eraldi programm lahenduste demonstreerimiseks ja tõendamiseks orbiidil (In-Orbit Demonstration and Validation (IOD/IOV)). "Seal antakse su kuupsatellidile näiteks tasuta koht kanderaketil," osutab Slavinskis. Sellise programmi toel jõuab orbiidile ESTCube-2.

Omaette toetusprogramme pakuvad ka Euroopa teadusnõukogu ja innovatsiooninõukogu. Viimaselt on iduettevõtlusele mõeldud toetust saanud soomlased oma firmale Aurora Propulsion Technologies. "Nemad said väga hea võimaluse plasmapidurit arendada. Neil on suur rahastus nii Euroopa Liidult kui ka investoritelt. Loodetavasti õnnestub neil teha plasmapidurist miski, mida ka Euroopa Kosmoseagentuur tõsiselt võtab," arutleb Slavinskis.

Töö käib mitmel rindel

Andris Slavinskise sõnul tuleb töörühmal uut satelliiti arendades ületada veel rida katsumusi. "Igal süvakosmosemissioonil tekib küsimus, kuidas hoida sidet ja navigeerida. See toimib seal teisiti kui Maa madalal orbiidil," lisab kaasprofessor. Tudengid on tema sõnul nüüd pool aastat nende küsimustega tegelenud ja vaikselt kujuneb välja ka juba esmane kavand. 

Samuti on omaette väljakutse valmistada lõõg, kus traat oleks ohutuse nimel kokku keerutatud. "Kosmoses on mikrometeoorid. Need lõhuvad traadi muidu üsna kiiresti ära," põhjendab Slavinskis. Kuna osakeste tihedus on Maa-lähedasel orbiidil ionosfääris ja Kuu orbiidil päikesetuules erinev, vajab uus satelliit kaasprofessori sõnul ka palju kõrgemat pinget: "Just liikumine ühelt kilovoldilt kümnele kilovoldile on samm, mis vajab täiendavat arendusrahastust," tõdeb ta. 

Selle sammu astumiseks teeb töörühm koostööd Dresdeni Tehnikaülikooliga, täpsemalt elektrilise tõukejõu valdkonnaga. "Seal tegeletakse ka kõrgepingega ja elektronide kiirgamisega. Meie paneme need e-purje jaoks tööle," kirjeldab Slavinskis. Sarnasel põhimõttel toimib tiimi koostöö Soome Meteoroloogiainstituudi, Pisa Ülikooli, Ventspilsi Rakendusteaduste Ülikooli ja Tallinna Tehnikaülikooliga. "Anname paljudele nende tehnoloogiatele uue kasutusviisi, et jõuda just meile vajaliku eesmärgini," ütleb kaasprofessor.

Lisaks kolmanda ESTCube'i projektile kuulutas töörühm hiljuti välja teisegi tudengiprojekti. Koostöös Tallinna Tehnikaülikooliga valmib Tartu Ülikoolil strateegiliste uuenduste testimise satelliit ehk SUTS. Viimasest peaks saama kõige kiirema sidega Eesti satelliit Maa-lähedasel orbiidil. 

"Mihkel Pajusaluga on meil Comet Interceptori optikaseadme juures endiselt lahendamata küsimusi. Mina panen veel Lätis uusi asju püsti ja otsin koostööpartnereid," avab Slavinskis tulevikuplaane. Agnes Rohtsalu plaanib enda sõnul aga õpingute kõrvalt keskenduda just järgmise ESTCube'i arendustööle.