Tartu Ülikooli Tartu observatooriumi kosmosetehnoloogia kaasprofessor Mihkel Pajusalu arendas aastatel 2021-2022 koos ettevõttega Crystalspace planetaarkulguritele ja satelliitidele mõeldud valgusallikat. Senise töö tulemuseks on valgusmoodul Tulivagla (CS-301), mis sisaldub nüüd Crystalspace´i tootevalikus.
Crystalspace on ettevõte, mis on keskendunud kosmoses kasutatavate seadmete väljatöötamisele ja tootmisele. Kusjuures püütakse luua just sellist tehnoloogiat, mis oleks kasutatav kosmosekraami mõistes n-ö laiatarbekaubana. Siiani on tavapraktika olnud nimelt selline, et kogu vajaminev tehnika valmistatakse n-ö nullist iga konkreetse missiooni jaoks eraldi. Kuna aga inimkond peab ka kosmose vallutamise plaanidesse üha enam lülitama kulude kokkuhoiu, siis on puhtmajanduslikust aspektist mõttekas, et mingid seadmed oleksid küll teatud disainikohendustega, aga ikkagi laias laastus universaalselt kasutatavad kõikidel missioonidel.
Kosmoses töötamiseks on vaja valgust
Mihkel Pajusalu töötas Eesti Teadusagentuuri sektoritevahelise mobiilsuse toetusmeetme projekti raames (SekMo) 2021 ja 2022 aastal kõrvuti nii Tartu Ülikooli haldusalas olevas Tartu observatootiumis teadlasena, kui ka Crystalspace´is. Lisaks tehti koostööd Euroopa Kosmoseagentuuriga (European Space Agency – ESA). Eesmärgiks seati kosmoses tõrgeteta toimiva valgusmooduli tootmiskõlbulikuks väljatöötamine. Siiani planeetidel liikuvatel kulguritel või orbiidil tiirlevatel satelliitidel enamasti valgusallikad üldse puudusid, mistõttu kosmoses sageli ette tuleva vähese valguse tingimustes kannatas seal tehtavate ülesvõtete või muude hangitavate andmete kvaliteet.
Mihkel Pajusalu selgitab vajadust kosmosevalgusti arendamiseks sellega, et atmosfäärita taevakehadel, näiteks taas inimkonna uuringute huviorbiiti kerkinud Kuul, on varjud väga kontrastsed – kuhu paistab päike, on valge, ent kohtades, mis jäävad varju, valitseb pilkane pimedus, mistõttu seal liikuva ja andmeid koguva aparaadi töö oleks märksa tulemuslikum, kui ta suudaks ise neid varju jäävaid kohti valgustada.
„Kuu on praegu kosmoseuuringutes eriliselt päevakorda tõusnud. Valgusmooduli kasutuskohana nähaksegi esmajärjekorras Kuud, seal liikuvaid kulgureid. Nimelt arendab Crystalspace kaameraid ka Kuul sõitvatele masinatele ning valgusti ongi mõeldud nendele kaameratele n-ö tee valgustamiseks,” kirjeldab Mihkel Pajusalu säärase valgusallika vajalikkust. „Kuul on väga kontrastsed tumedad varjud – atmosfääri Kuul sisuliselt pole, mistõttu puudub seal ka meile harjumuspärane hajusvalgus. Kui Kuu peal tekib vari, siis see on põhimõtteliselt täiesti must, sinna ei haju mingit valgust. Ja et nendest varjudest siiski läbi näha, ongi kulguritele vaja valgustusmooduleid. Teine kasutusvaldkond on näiteks satelliitide inspekteerimine – valgustada nende pinda, tuvastamaks seadmete töökorda või kahjustusi. Samuti võiks see abiks olla kahe satelliidi sildumiste korral.”
Valgustusmoodul on Pajusalu sõnul mõeldud Crystalspace´i n-ö kataloogitootena, mida ettevõte saaks müüa mitmetele erinevatele kosmoseprojektidele. Nii nagu ka teised Crystalspace´i tooted.
Leedlamp, mis talub kiiritust ja õhutühja ruumi
Tegelikult ei leiutatud projektis jalgratast – kosmose valgusmoodul on iseenesest leedidega varustatud lamp, millel muidugi oma tehnoloogiline spetsiifika, aga midagi väga eriskummalist selle juures ei ole. Teadlaste peamine ülesanne oli lampi ja selle töövõimet testida kosmoses valitsevatele tingimustele võimalikult sarnastes keskkondades, kus eelkõige võib esineda kõrge radiatsioon ja kus puudub gravitatsioon.
Valgustusmoodul koosneb lihtsustatult kirjeldades trükkplaadist, millele on lisatud suhteliselt lihtne elektroonika ja valgusdioodid, mis valguse välja annavad.
Juba etteruttavalt võib öelda, et katsetused kulgesid edukamalt, kui teadlased alguses üldse loota võisid.
„Kiirguse suhtes käisime valgusmoodulit testimas ESA Hollandis asuvas laboris, kus tegime katsetusi koobalt-60 kiirgusallikaga – asetasime töötava valgusdioodi kiirituse teele ja mõõtsime selle käitumist,” tutvustab Pajusalu uurimistöö iseloomu. „Teised probleemid tulenevad seadme jahutamise vajadusest. Kosmoses puudub ju õhkjahutus, mistõttu lambi põlemisel tekkiv soojus tuleb selle juurest minema hajutada.”
Lisaks tehti projekti jaoks Tartu observatooriumis termo-vaakumkatsetusi – testiti vaakumkeskkonda paigutatud valgusmooduli tööd erinevatel temperatuuridel ja ilmnes, et valgusdioodid ehk tavapärases keeles leedlambid ei ole vaakumi suhtes tundlikud ning töötavad seal normaalselt. Ainus oht seisneb selles, et Maal tavapärase õhkjahutuse puudumisel võivad dioodid üle kuumeneda.
Muidugi on kõige kosmosesse saadetava puhul oluline ka selle asja mass ja suurus, mis peaksid olema võimalikult väikesed. Mihkel Pajusalu nendib, et SekMo raames tehtud moodul sai alguses mõnevõrra robustne, sest kõik nüansid sooviti prototüübil põhjalikult läbi katsetada. Edaspidi läheb tootmisse juba hoolikamalt disainitud, esimesest väiksem ja kergem seade. Põhiline küsimus seejuures seisneb sellest, kui palju on tarvis anda moodulile soojuse ärajuhtimise võimekust.
„Alguses arvasime, et robustset korpust on vaja kiirguse eest varjestamiseks, kuid tuli välja, et leedid ei ole selles suhtes väga tundlikud,” märgib Pajusalu.
Efektiivsust aetakse taga ka kosmosevaldkonnas
Niisiis tuli katsetuste käigus välja, et põhimõtteliselt samasugused leedid ehk valgusdioodid, mis tänaseks juba jõuliselt meie igapäevaellu on murdnud, on kasutatavad ka kosmoses.
„Meile teadaolevalt ei olnud seda asjaolu varem teaduslikult tõestatud,” märgib Pajusalu. „Kahtlused olid just radiatsioonis, ei olnud teada, mis dioodidega kiirguse käes juhtub. Aga meie katsetustega tuli välja, et ei juhtu midagi hullu. Nii me suutsimegi kokkuvõttes tõestada, et meie loodud valgustusmoodul töötab ka kosmoses valitsevates tingimustes.”
Valgustusmooduli kinnitused ja juhtimissüsteemi peab vastavalt oma seadmele korraldama kasutaja juba konkreetselt oma kulguri spetsiifikat arvestades. Mihkel Pajusalu ütleb, et kosmosevaldkonnas on see tavaline, kui mingit tüüplahendust tuleb iga missiooni spetsiifikat arvestades mõnevõrra modifitseerida.
Ta räägib, et viimasel ajal, kui kosmosevaldkonnas tegutseb üha rohkem erafirmasid, on sel alal toimunud arvestatav paradigma muutus – kui varem ehitati iga uue missiooni tarvis kogu tehniline park n-ö nullist üles, siis nüüd jõuab kosmosevaldkonda järjest rohkem standardseid tehnoloogiaid ja seeriatootmisest tulevaid seadmeid. Nimelt on ka sel alal eesmärgiks seatud kulude kokkuhoid ja seeriatootmine just muudabki missioonide läbiviimise senisest efektiivsemaks.
Üldiselt kosmoseuuringute riigipoolsest rahastamisest rääkides möönab Pajusalu, et see on viimastel aastatel tõepoolest mitu korda suurenenud, ent jääb praegu ikkagi alla üldistele tööstusvaldkonda suunatud toetusmeetmete rahalisele mahule. Aga valitsuse huvi selle valdkonna edendamise vastu on tema sõnul tuntav ning teadlased loodavad, et uusi projekte on edaspidi veelgi ridamisi tulemas.
„SekMo ja teiste sarnaste projektide eesmärk ongi tõsta firmade konkurentsivõimet, et nad saaksid oma tooteid välja töötada ja neid rahvusvahelisel turul müüa,” selgitab Pajusalu. „Tegelikult läheb Eestist välja päris palju kosmosevaldkonna tooteid. Häda on lihtsalt selles, et selles vallas kehtib suur salastatus. On vägagi huvitavaid projekte käimas, millest kahjuks rääkida ei saa. Võin vaid öelda, et valdkond on praegu kirju ning välismaiste klientide huvi on suur. Aga kuna tellijateks on piiritagused ettevõtted, siis pole neil suurt huvi Eesti firmade tööd otse reklaamida.”
Kuigi momendil rahastuse osas veel täit selgust pole, on teadlastel tarvis valgusmooduli projektiga edasi minna. Juba on kohtutud ka konkreetsete klientidega, et uurida, milliste parameetritega valgustusmooduleid neil vaja läheb ja seadme edasisel arendamisel siis juba saadud ettepanekuid ka arvesse võtta.
