TalTechi teadlased töötavad iga päev eriilmeliste arenduste kallal, et kosmosevaldkonna arengule kaasa aidata ja satelliidid ühiskonna heaks tööle panna.
Tudengisatelliit ehitab SUTS-u
Eestis on tudengisatelliite ehitatud juba üle 15 aasta ning selle aja jooksul on startinud ka esimesed TalTechi satelliidid. Koit ja Hämarik lendasid orbiidile 2019. ja 2020. aastal. Tänaseks on mõlemad jõudnud oma ettenähtud eluea lõppu ning 2024. aastal langesid nad atmosfääri, kus satelliidid hõõrdejõu ja suure kiiruse tagajärjel ära põlesid, tänu millele ei jäänud need prügina kosmosesse.
Eri õppeasutusi ühendav Eesti Tudengisatelliit kuhu kuulub ka Tehnikaülikool, ehitab juba teist aastat satelliiti nimega SUTS (Strateegiliste Uuenduste Testimise Satelliit). „Tudengisatelliidi ettevõtmiseks on jõud ühendanud TalTechi, Tartu Ülikooli ja teiste koolide ja ülikoolide tudengid, et arendada üheskoos maailmatasemel kosmosemissioone,“ ütles Tudengisatelliiti juhtiv TalTechi doktorant Katriin Kristmann.
Tudengisatelliidi SA varasem projekt oli satelliit nimega ESTCube-2 – siis tegutseti peamiselt Tartu observatooriumi juures. „Paljud mäletavad, et ESTCube-2 startis kosmosse Prantsuse raketifirma Arianespace raketiga juba 2023. aasta sügisel, kuid praegu satelliiti siiski orbiidil ei ole. ESTCube-2 ehitati küll valmis, kuid see ei jõudnud kunagi orbiidile. Kes soovib teada, mis satelliidiga juhtus, siis veebruaris esilinastus kinodes dokumentaalfilm „ESTCube-2: 10 aastat tähtedeni,“ rääkis Kristmann. Film jutustab loo satelliidi sünnist, pikast arendusest, teaduslikust missioonist ning sellest, mis stardipäeval õieti aset leidis. Nimelt ei jõudnudki ESTCube-2 orbiidile – tõenäoliselt ei eraldunud satelliit stardikapsli rikke tõttu kapslist, mistõttu see hävis koos raketiga.
SUTS-u projektis arendatakse koostöös eraettevõtetega kolmeühikulist pikosatelliiti, mis testib Maa lähiorbiidil kahte uut tehnoloogiat. Projekti eesmärk on ülikoolide vaheline koostöö, mis ühendaks sama eesmärgi nimel kõik Eesti kosmosehuvilised tudengid. SUTS-uga liitumiseks tasub hoida silma peal Tudengisatelliidi sotsiaalmeediakanalitel.
SUTS satelliit. Foto: Evelin Palu
Mektory maja katusel oleva maajaama võimalused
Ilmselt on Mustamäel liikujad pannud tähele Mektory katusel paiknevat viiemeetrise läbimõõduga „satipanni“, täpsemalt paraboolantenni, mis seati püsti sidepidamiseks Koidu ja Hämarikuga. Tähelepanelikumad on ehk märganud selle kõrval suuri Yagi-tüüpi antenne. Satelliitide ehituses tarkvaraspetsialistina osalenud Madis Kaal selgitas, et paraboolantenni abil võetakse vastu satelliitidelt saadetud signaali, Yagi-antennidega aga saadetakse maalt satelliitidele käske. Kaal kirjeldab, et maajaama tarkvara pöörab antenne ülelendude ajal konkreetse satelliidi suunas ning reguleerib vastuvõtu- ja saatesagedusi, salvestab andmeid ja saadab satelliidile käske. „Nüüd, kui mõlemad TalTechi satelliidid on oma elu ära elanud, on jaam oodanud mõnda aega uusi ülesandeid,“ märkis tarkvaraspetsialist.
“Nüüd, kui mõlemad TalTechi satelliidid on oma elu ära elanud, on jaam oodanud mõnda aega uusi ülesandeid.”
Maajaama abil saabki jälgida ka teisi satelliite, mis kuuluvad näiteks Euroopa Kosmoseagentuurile või muudele ülikoolidele. Madis Kaal tõi välja, et Eestis arendatakse ka esimesi kommertssatelliite, mida arendavad ettevõtted Spaceit ja KappaZeta. „TalTechi maajaam võib pakkuda võimalust nendegi satelliitidega sidet pidada.”
Madis Kaalu sõnul kuulub lähituleviku ülesannete hulka sidepidamine tudengisatelliidiga SUTS, mille jaoks saab viia juba läbi ka maapealseid katsetusi. Ta lisas, et maajaama abil on võimalik õpetada tudengitele moodsaid telekommunikatsiooni- ja küberturvalisuse-alaseid tehnikaid, millega on TalTechis asunud tegelema küberkriminalistika lektor dr Adrian Venables. Maajaama tarkvarale on uue rolli jaoks lisatud ettevalmistavalt juba väikeseid uuendusi.
Huvitava lisatööna saab TalTechi maajaama kasutada ka kui raadioteleskoopi. Astronoomiahuvilised on käinud maajaamaga juba tutvumas ja uurivad, kuidas paraboolantenni teleskoobi rollis rakendada,“ rääkis Madis Kaal.
Uudne kosmose küberjulgeoleku aluste kursus
Alates 2025. aasta sügisest on TalTech ainus Eesti ülikool, mis pakub küberturvalisuse magistriõpet. Varasem ühisprogramm Tartuga on suletud, uuendatud erialane õppekava kuulub ainuüksi TalTechile. Võrreldes varasema programmiga on lisandunud mitmeid uusi õppeaineid, sealhulgas „Kosmose küberturbe alused“.
Selles aines omandavad tudengid teadmisi kosmosekeskkonna füüsilistest omadustest, küberturvalisest tegutsemisest ning eri tüüpi satelliitide orbiidi eripäradest. Õppeaine tutvustab ka ainulaadseid tööriistu ja süsteemide küberturbega seotud väljakutseid.
Õppeaines omandatud teadmised on väärtuslikud nii kosmosetööstusega seotud ettevõtetele ja organisatsioonidele kui ka satelliitside, satelliitide projekteerimise ja muude seotud erialade jaoks. Pärast magistriõppe läbimist saab õpinguid jätkata doktorantuuris.
„Eestis on kõrgelt arenenud küberturbesektor, mis annab meile suurepärase võimaluse pakkuda konkurentsivõimelist õppekava,“ selgitas programmijuht Adrian Nicholas Venables. Ta loodab, et küberturbealases õppe- ja teadustöös saab tulevikus kasutada ka Mektory katusel asuvat satelliitantenni, eeldusel, et leitakse vahendid seda hooldada ja uuendada. „See on haruldane ressurss, mida omavad vaid vähesed ülikoolid, ning see annab meile nii õppetöös kui ka teadustegevuses ainulaadse eelise,“ lisas ta.
“Eestis on kõrgelt arenenud küberturbesektor, mis annab meile suurepärase võimaluse pakkuda konkurentsivõimelist õppekava.”
Venablesi sõnul on küberturbe õpetamine TalTechis nii bakalaureuse- kui ka magistritasemel hästi arenenud ning uus magistriprogramm tagab õppekava ja -ainete ajakohase sisu, mis võimaldab tulla toime praeguste ja tulevaste küberohtudega. „Kosmose küberturbe alused on esimene omataoline aine Eesti ülikoolides ning see muutub iga semestriga aina põhjalikumaks. Meie visiooni kohaselt saab Eestist selle valdkonna eestvedaja ning TalTechist esimene küberturbe institutsioon Euroopa Kosmoseagentuuris.”
Uudne päikesepaneelide ja satelliitide kaitsekile
Päikesepaneelid on kosmoses väga olulised – need varustavad satelliite ja kosmoselaevu vajaliku energiaga. Kuid kosmosekeskkond on äärmiselt karm: mitmed tegurid, nagu atomaarne hapnik ja ultraviolettkiirgus, võivad päikesepaneele kahjustada. Tavalised kaitsekihid, näiteks klaasist valmistatud kattematerjalid, ei pruugi olla optimaalse kaitse tagamiseks piisavalt kerged, vastupidavad ja paindlikud.
Päikeseenergeetika materjalide teaduslabori dotsent Sergei Bereznev rääkis, et kosmose jaoks kasutatakse uusi, polüsilasaanist ja süsiniknanotorudest koosnevaid materjale. „Polüsilasaan on eelkeraamiline polümeer, mis muutub kuumutamisel või ultraviolettkiirguse mõjul keraamiliseks. See moodustab kihi, mis kaitseb päikesepaneele aatomhapniku ja UV-kiirguse eest. Samuti on see väga kerge ega lisa kosmoselaevale märkimisväärset massi,“ selgitas dotsent. „Kui ühendame polüsilasaanikihiga erakordselt tugevad süsiniknanotorud, suureneb kaitsekihi vastupidavus mikrometeoriitide ja temperatuurimuutuste suhtes veelgi,“ lisas Bereznev.
Ta märkis, et need läbipaistvad kihid on näidanud päikesepaneelide ja satelliitide kaitses paljulubavaid tulemusi, sest need aitavad pikendada kosmoses aparaatide tööiga.
Päikeseenergeetika materjalide teaduslabori eksperdid on avaldanud polüsilasaanil põhinevate kaitsekatete uurimise kohta ka mitmeid teadusartikleid, lisaks juhendab Bereznev doktorant-nooremteaduri Elizaveta Shmagina vastavateemalist doktoritööd.
Maksim Jenihhin. Foto: TalTech
Kosmosetehnoloogia arenguks oluliste kiipide valmistamine
Kosmoselahendused peavad olema mitmel põhjusel ressursi- ja kuluefektiivsed. Selgitab töökindla arvutusriistvara keskuse juhataja professor Maksim Jenihhin: „Kosmosemissioonidel on piiratud energia ja arvutusvõimekus. Samuti on suurendab iga lisanduv töökindlusmehhanism kulusid või isegi süsteemi mahtu ja kaalu, mis on kosmosetehnoloogias kriitilised piirangud. Seetõttu on oluline leida tasakaal – töötada välja nutikad, efektiivsed lahendused, mis suudaksid ennetada, tuvastada ja parandada vigu, ilma et need koormaksid süsteemi liigselt või teeksid missiooni liialt kulukaks. Nende väljatöötamisega tegeleme TIRAMISU, TAICHIP ja CRASHLESS projektides.“
“Kosmosemissioonidel on piiratud energia ja arvutusvõimekus. Samuti on suurendab iga lisanduv töökindlusmehhanism kulusid või isegi süsteemi mahtu ja kaalu, mis on kosmosetehnoloogias kriitilised piirangud. Seetõttu on oluline leida tasakaal – töötada välja nutikad, efektiivsed lahendused, mis suudaksid ennetada, tuvastada ja parandada vigu, ilma et need koormaksid süsteemi liigselt või teeksid missiooni liialt kulukaks.”
Tänapäeva kosmosemissioonides mängivad üha suuremat rolli keerulised nanoelektroonilised kiibid ja eriti serva-AI (edge-AI) kiibid. Jenihhin rõhutas, et kui sellised kiipidel põhinevad süsteemid pole piisavalt töökindlad, võib töökindluse puudumine põhjustada missiooni tõrkeid või isegi täieliku ebaõnnestumise – kui süsteem on juba orbiidil või sellest kaugemal, puudub võimalus seadmeid füüsiliselt hooldada ja parandada.
Serva-AI tähendab tehisintellekti-mudelite kasutamist seadmeis: nutitelefonides, asjade interneti seadmetes (IoT), droonides, autonoomsetes sõidukites ja andurites, mis asuvad võrgu „serval“. „Erinevalt traditsioonilisest tehisintellektist, mis töötleb andmeid kesksetes pilveserverites, viib serva-AI arvutused läbi seadmes endas. Selline praktika annab mitmeid eeliseid: kiirema töötlemise, parema privaatsuse, väiksema internetikasutuse ja võimaluse töötada ka ilma internetiühenduseta,“ selgitas Jenihhin.
Ta tõi näite, et autonoomne sõiduk võib kasutada serva-AI-d, et töödelda kaameratest ja sensoritest pärit vahetuid andmeid ning teha sõiduotsuseid ilma kaugserverit vajamata. Jenihhin lisas, et samamoodi võivad kantavad meditsiinilised seadmed kasutada serva-AI-d, et jälgida elulisi näitajaid ja avastada kiirelt kõrvalekaldeid.
„Selleks vajame serva-AI kiipe, mis on loodud spetsiaalselt tehisintellekti ülesannete tõhusaks täitmiseks piiratud võimsuse, energia ja mäluga seadmetes. Need kiibid on optimeeritud, et viia kohapeal seadmetes täide juba väljaõpetatud mudeleid.”
