Satelliidid Koit ja Hämarik on pea igaühe vastus, kui uurida, mida põnevat on Tehnikaülikool kosmosevaldkonnas teinud. See pole aga sugugi ainus ülikooli kosmosevaldkonna projekt. Tehnikaülikooli teadlased töötavad iga päev väga eriilmeliste arenduste kallal, et kosmosevaldkonna arengule kaasa aidata ja satelliidid ühiskonna heaks tööle panna.
Tudengisatelliit ehitab SUTSu
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 alla atmosfääri, kus hõõrdejõud ja suur kiirus satelliidid ära põletas ja nad ei jäänud prügina kosmosesse.
Koolide ja ülikoolide ühine Eesti Tudengisatelliidi Sihtasutus, kuhu kuulub ka Tehnikaülikool, ehitab juba teist aastat satelliiti nimega SUTS (Strateegiliste Uuenduste Testimise Satelliit). „Tudengisatelliidis on jõud ühendanud TalTechi, Tartu Ülikooli ja teiste koolide ja ülikoolide tudengid, et üheskoos maailma tasemel kosmosemissioone arendada,“ ütles Tudengisatelliiti juhtiv TalTechi doktorant Katriin Kristmann.
Tudengisatelliidi SA varasem projekt oli satelliit nimega ESTCube-2 – siis toimetati peamiselt Tartu observatooriumi juures. „Paljud mäletavad, et ESTCube-2 startis kosmose suunas 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 juhtus stardipäeval. Nimelt ei jõudnudki ESTCube-2 orbiidile – tõenäoliselt stardikapsli rikke tõttu ei eraldunud satelliit kapslist ning hävis koos raketiga.
SUTS projektis arendatakse kolmeühikulist pikosatelliiti, mis testib koostöös eraettevõtetega Maa lähiorbiidil kahte uut tehnoloogiat. Projekti eesmärk on teha koostööd erinevate ülikoolide vahel, ühendades kõik Eesti kosmosehuvilised tudengid sama eesmärgi juurde. SUTSuga liitumiseks tasub hoida silma peal Tudengisatelliidi sotsiaalmeediakanalitel.
Mektory maja katusel oleva maajaama võimalused
Ilmselt on Mustamäel liikujad tähele pannud Mektory katusel paiknevat 5-meetrise läbimõõduga „sati panni“, täpsemalt paraboolantenni, mis seati püsti satelliitidega Koit ja Hämarik side pidamiseks. Tähelepanelikumad on ehk märganud ka selle kõrval olevaid suuri Yagi tüüpi antenne. Satelliitide ehituses tarkvaraspetsialistina osalenud Madis Kaal selgitas, et paraboolantenni kasutatakse satelliitidelt saadetud signaali vastuvõtmiseks, Yagi antenne aga maalt satelliitidele käskude saatmiseks. Kaal kirjeldab, et maajaama tarkvara pöörab ülelendude ajal antenne konkreetse satelliidi suunas ning reguleerib vastuvõtu- ja saatesagedusi, salvestab andmeid ning saadab satelliidile käske. „Nüüd, kui mõlemad Tehnikaülikooli satelliidid on oma elu ära elanud, on jaam mõnda aega uusi ülesandeid oodanud,“ märkis tarkvaraspetsialist.
Maajaama saab aga kasutada ka teiste satelliitide jälgimiseks, mis kuuluvad näiteks Euroopa Kosmoseagentuurile või teistele ülikoolidele. Madis Kaal tõi välja, et Eestis arendatakse ka esimesi kommertssatelliite, mida plaanivad ettevõtted Spaceit ja KappaZeta. „TalTechi maajaam võib olla ka nende satelliitide jaoks võimalus sidepidamiseks,“ leiab ta.
Madis Kaalu sõnul on üks lähituleviku ülesanne sidepidamine tudengisatelliidiga SUTS, mille jaoks saab juba ka maapealseid katsetusi teha. Ta lisas, et maajaama abil on võimalik õpetada tudengitele moodsaid tehnikaid telekommunikatsiooni ja küberturvalisuse valdkondadest, millega on TalTechis tegelema asunud küberkriminalistika lektor dr Adrian Venables. Maajaama tarkvara on uue rolli täitmise ettevalmistuseks juba väikeseid uuendusi saanud.
„Huvitava lisatööna saab TalTechi maajaama kasutada ka raadioteleskoobina. Astronoomiahuvilised on juba maajaamaga tutvumas käinud ja uurivad, kuidas paraboolantenni teleskoobi rollis rakendada,“ rääkis Madis Kaal.
Uudne kosmose küberjulgeoleku aluste kursus
Alates 2025. aasta sügisest on TalTech ainus Eesti ülikool, kus saab magistritasemel küberturvalisust õppida. Varasem ühisprogramm Tartuga on suletud, uuendatud õppekava on täielikult TalTechi pakutav eriala. 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 küberturbe sektor, mis loob meile suurepärased võimalused konkurentsivõimelise õppekava pakkumiseks,“ selgitab programmijuht Adrian Nicholas Venables. Ta loodab, et küberturbe õppe- ja teadustöös saab tulevikus kasutada ka Mektory katusel asuvat satelliitantenni, eeldusel, et leitakse vahendid selle hooldamiseks ja uuendamiseks. „See on haruldane ressurss, mida vaid vähesed ülikoolid omavad, ning see annab meile ainulaadse eelise nii õppetöös kui ka teadustegevuses,“ lisab ta.
Venables’i sõnul on küberturbe õpetamine TalTechis nii bakalaureuse- kui ka magistritasemel hästi arenenud ning uus magistriprogramm tagab, et õppekava ja -ainete sisu püsivad ajakohased, et toime tulla praeguste ja tulevaste küberohtudega. „Kosmose küberturbe aluste aine on esimene omataoline Eesti ülikoolides ning muutub iga semestriga aina põhjalikumaks. Meie visioon on, et Eestist saab selle valdkonna eestvedaja ning TalTechist esimene küberturbe institutsioon Euroopa Kosmoseagentuuris,“ märgib Venables.
Uudne päikesepaneelide ja satelliitide kaitsekile
Päikesepaneelid on kosmoses väga olulised – need varustavad satelliite ja kosmoselaevu töötamiseks vajaliku energiaga. Kuid kosmosekeskkond on äärmiselt karm: seal on mitmeid tegureid, mis võivad päikesepaneele kahjustada, näiteks atomaarne hapnik ja ultraviolettkiirgus. Tavalised kaitsekihid, nagu klaasist valmistatud kattematerjalid, ei pruugi olla piisavalt kerged, vastupidavad ja paindlikud, et tagada optimaalset kaitset kosmoses.
Päikeseenergeetika materjalide teaduslabori dotsent Sergei Bereznev rääkis, et selleks kasutatakse uusi materjale, mis koosnevad polüsilasaanist ja süsiniknanotorudest. „Polüsilasaan on eelkeraamiline polümeer, mis kuumutamisel või ultraviolettkiirguse mõjul muutub keraamiliseks materjaliks. 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 süsiniknanotorud, mis on erakordselt tugevad, suureneb kaitsekihi vastupidavus mikrometeoriitidele ja temperatuurimuutustele veelgi,“ lisas Bereznev. Ta märkis, et need läbipaistvad kihid on paljulubavad päikesepaneelide ja satelliitide kaitseks ning aitavad pikendada nende tööiga kosmoses.
Päikeseenergeetika materjalide teaduslabori eksperdid on avaldanud polüsilasaanil põhinevate kaitsekatete uurimise kohta ka mitmeid teadusartikleid, lisaks valmib Bereznevi juhendamisel doktorant-nooremteaduril Elizaveta Shmaginal sel teemal doktoritöö.
Kosmosetehnoloogia arenguks oluliste kiipide valmistamine
Kosmoselahendused peavad ressursi- ja kuluefektiivsed olema mitmel põhjusel. Töökindla arvutusriistvara keskuse juhataja professor Maksim Jenihhin selgitab: „Kosmosemissioonid on piiratud energia ja arvutusvõimekusega. Samuti on iga lisanduv töökindlusmehhanism seotud lisakulude või isegi süsteemi suuruse ja kaalu suurenemisega, mis on kosmosetehnoloogias kriitilised piirangud. Seetõttu on oluline leida tasakaal – töötada välja nutikad, efektiivsed lahendused, mis suudavad ennetada, tuvastada ja parandada vigu, ilma et need koormaksid süsteemi liigselt või teeksid missiooni liialt kulukaks.“ Nende väljatöötamisega tegeleme TIRAMISU, TAICHIP ja CRASHLESS projektides.
Keerulised nanoelektroonilised kiibid ja eriti serva-AI (edge-AI) kiibid mängivad tänapäeva kosmosemissioonides üha suuremat rolli. Jenihhin rõhutas, et kui sellised kiipidel põhinevad süsteemid ei ole piisavalt töökindlad, võib see põhjustada missiooni tõrkeid või isegi täieliku ebaõnnestumise – kui süsteem on juba orbiidil või kaugemal, puudub võimalus seda füüsiliselt hooldada ja parandada.
Serva-AI tähendab tehisintellekti mudelite kasutamist seadmeis endis, nagu nutitelefonid, asjade interneti seadmed (IoT), droonid, autonoomsed sõidukid ja andurid, mis asuvad võrgu „serval“. „Erinevalt traditsioonilisest tehisintellektist, mis töötleb andmeid kesksetes pilveserverites, teeb serva-AI arvutused seadmes endas. See annab mitmeid eeliseid: kiirem töötlemine, parem privaatsus, väiksem internetikasutus ja võimalus töötada ka ilma internetiühenduseta,“ selgitas Jenihhin.
Ta tõi näite, et autonoomne sõiduk võib kasutada serva-AI-d, et töödelda reaalajas andmeid kaameratest ja sensoritest ja teha koheseid sõiduotsuseid ilma kaugserverit vajamata. Jenihhin lisas, et samamoodi võivad meditsiinilised kantavad seadmed kasutada serva-AI-d eluliste näitajate jälgimiseks ja kõrvalekallete kiireks avastamiseks.
„Selleks vajame serva-AI kiipe, mis on spetsiaalselt loodud tehisintellekti ülesannete tõhusaks täitmiseks seadmetes, millel on piiratud võimsus, energia ja mälu. Need kiibid on optimeeritud juba väljaõpetatud mudelite täitmiseks seadmetes kohapeal,“ selgitas Jenihhin.
Artikkel ilmus Tehnikaülikooli ajakirjas Mente et Manu.
Kiibid TalTechis: kolm projekti + üks keskus
Projekt TIRAMISU koondab kümme Euroopa ettevõtet ja ülikooli, et koolitada doktorante ja viia läbi uurimistööd usaldusväärsete ja energiatõhusate serva-AI kiipide arendamisel. Partnerite seas on näiteks Infineon, IMEC, Cadence ja Euroopa juhtivad ülikoolid.
Projekt TAICHIP (TalTech AI-Chip) keskendub Tallinna Tehnikaülikooli ja kogu Eesti teadus- ja arendusvõimekuse suurendamisele usaldusväärsete ja tõhusate serva-AI kiipide loomisel. Projekti toetavad Euroopa juhtivad asutused Šveitsist, Ühendkuningriigist, Prantsusmaalt ja Saksamaalt.
CRASHLESS on viieaastane Eesti Teadusagentuuri uurimisgrant, mille eesmärk on pakkuda süsteemide enesetervise teadlikkust ning enesetervendamise infrastruktuuri. Autonoomsete robotite ja satelliitide puhul määravad töökindlus ja enesetervendamise võimekus missiooni edukuse. Crashless tehnoloogia annab inseneridele uusi tööriistu tööstuslike süsteemide kavandamiseks ning hõlbustab kasutajakogemuse põhist tõrgete haldamist. Projekti tulemusi valideeritakse koostöös Eesti ettevõtetega, et lahendusi saaks kasutada nii kosmose-, robootika- kui ka tööstussüsteemides.
1. märtsil avati Eestis kiibikompetentsi keskus CCC KIIP, mille eesmärgiks on kohaliku tööstuse, sealhulgas kosmosetehnoloogiale suunatud firmade toetamine üleminekul oma kiipide loomisele. Keskust rahastab võrdses osas Euroopa Komisjoni Chips Joint Undertaking ja majandus- ja kommunikatsiooniministeerium. Usaldusväärsete arvutisüsteemide keskuse juhataja professor Jaan Raiki sõnul hakkab keskus tegema koostööd TalTechiga kiibiinseneride väljaõppe vallas ning toetub oma töös ka ülikooli kõrgele kiibialasele teadustasemele.