Estlands nächster Satellit wird später in dieser Woche an Bord der europäischen Trägerrakete Vega VV23 fliegen. Obwohl der schuhkartongroße ESTCube-2 größtenteils von Studenten entworfen und gebaut wurde, hat er ehrgeizige Ziele vor Augen, darunter Untersuchungen der estnischen Vegetation und die erste erfolgreiche Demonstration der „Plasmabrems“-Technologie im Orbit. Der Einsatz eines aufgeladenen Mikrokabels wird die Umlaufbahn des CubeSat verlangsamen und damit die Aussicht beweisen, in Zukunft dazu beizutragen, den Weltraum von gefährlichen Trümmern freizuhalten.
Im Erfolgsfall wäre die Plasmabremsung von ESTCube-2 der erste Einsatz der elektrischen Segel- oder E-Segel-Technologie, die von Pekka Janhunen vom Finnischen Meteorologischen Institut (FMI) als treibstofffreies Mittel zur Erkundung des Sonnensystems entwickelt wurde. Außerhalb des Erdmagnetfelds würde die elektrostatische Aufladung von Satellitenseilen dazu führen, dass diese Protonen des Sonnenwinds abstoßen und ihnen dadurch Schwung verleihen.
Näher an der Erde stößt die Magnetosphäre den Sonnenwind ab. Stattdessen kann ein E-Segel die gegenteilige Funktion erfüllen: Die geladene Leine würde das nahezu stationäre Plasma abstoßen, aus dem die Ionosphäre unseres Planeten – eine elektrisch aktive äußere Schicht unserer Atmosphäre – besteht, und dadurch einen Widerstand verursachen, der dazu führt, dass es langsamer wird und seine Umlaufbahn annimmt entsprechend verfallen.
Haardichte Tether-Technologie
Plasmabremsen bieten daher eine kostengünstige Methode mit geringer Masse, um Satelliten nach Missionsende schnell aus der Umlaufbahn zu entfernen und werden kommerziell über die finnische Aurora Propulsion Technologies vermarktet.
Das Plasmabrems-E-Segel von ESTCube-2 ist eine 50 m lange, verflochtene Halteleine aus Aluminium, die aus Drähten mit einer Dicke von jeweils nur 50 Mikrometern (0,05 mm) besteht – etwa dem Durchmesser eines durchschnittlichen menschlichen Haares.
Pekka Janhunen erklärt: „In der Vergangenheit neigten Haltegurte im Weltraum aufgrund von Mikrometeoriten oder anderen Gefahren dazu, zu reißen, daher bietet das netzartige Mikrogurtdesign von ESTCube-2 zusätzliche Redundanz mit zwei parallelen und zwei zickzackförmigen verbundenen Drähten.“
Von Studenten gebauter Satellit
ESTCube-2 wurde von einem Team des Tartu-Observatoriums der Universität Tartu und der Studentenorganisation Tudengisatelliit entwickelt und gebaut.
Die Miniaturmission verfügt auch über von Studenten gebaute Mikrokameras zur Untersuchung der estnischen Vegetation, basierend auf einem Design, das ursprünglich für die European Student Earth Orbiter-Mission der ESA entwickelt wurde.
Ihre Ergebnisse werden mit der vollständigen Copernicus Sentinel-2-Mission sowie mit einer Materialnutzlast zur Untersuchung der korrosiven Wirkung von „atomarem Sauerstoff“ an der Spitze der Atmosphäre sowie mit einem softwaredefinierten Radio für Amateurfunktests verglichen.
Ein aus drei Einheiten bestehender „CubeSat“ – ein kostengünstiger Satellit, der aus standardisierten 10-cm-Boxen aufgebaut ist – ESTCube-2 soll im Rahmen von Vegas Small Spacecraft Mission Service fliegen, einem Mitfahrdienst für kleine Satelliten. Seinen Platz sicherte es sich durch das In-Orbit-Demonstrations-/In-Orbit-Validierungsprogramm der Europäischen Kommission.
Frühzeitige Tests im Orbit für neuartige Technologien
Dieses im Auftrag der Kommission von der Small Satellite Platform Unit der ESA verwaltete Programm ermöglicht die frühzeitige orbitale Erprobung neuer Technologien, um den europäischen Raumfahrtsektor wettbewerbsfähiger zu machen.
„Als ehrenamtliches Studentenprojekt ist dieses IOD/IOV-Programm ideal“, erklärt ESTCube-2-Projektmanager Hans Teras. „Es passt gut zu unserem Zeitplan, einschließlich der Tests, die wir brauchten, um unsere Leistung sicherzustellen. Weit über 600 Universitätsstudenten aller Studienstufen haben bei der Verwirklichung von ESTCube-2 eine gewisse Rolle gespielt, aber die Mission insgesamt ist sehr ehrgeizig.“ die Grenzen dessen, was Schüler tun können, zu erweitern.“
ESTCube-2 wird ein Jahrzehnt nach seinem Vorgänger ESTCube-1 fliegen, der 2013 auf einer Vega gestartet war. Auch er war mit einer E-Segel-Nutzlast von FMI ausgestattet, konnte jedoch aufgrund eines Motorproblems nicht eingesetzt werden.
ESTCube-2 ist mit einem stärkeren, robusteren Ausfahrmotor ausgestattet, der umfangreichen mechanischen Tests unterzogen wurde.
„Das ESTCube-2-Team hat acht Jahre Entwicklungsarbeit investiert, um eine weitere Chance zu haben, das revolutionäre E-Sail-Antriebskonzept im Orbit zu testen“, erklärt der assoziierte Professor der Universität Tartu, Andris Slavinskis, der den Übergang von ESTCube-1 zu leitete ESTCube-2.
Kristo Allaje, leitender Systemingenieur von ESTCube-2, fügt hinzu: „Letztes Mal konnten wir Studenten ermutigen, sich uns bei der Herausforderung anzuschließen, der erste estnische Satellit zu sein. Dieses Mal müssen wir sie auf andere Weise motivieren, indem wir sie bitten, hervorragende Leistungen zu erbringen.“ Wissenschaft.“
Etwa ein Jahr nach Beginn der Mission wird ESTCube-2 mithilfe seiner Reaktionsräder in Rotation versetzt. Die dadurch entstehende Zentrifugalkraft soll dabei helfen, das E-Segel ausreichend straff auszufahren.
Im Erfolgsfall wird erwartet, dass das E-Segel die Umlaufbahn von ESTCube-2 viel schneller als normal senkt.
Die Folgemission ESTCube-LuNa soll ein E-Segel außerhalb der Erdumlaufbahn testen, um seine Nützlichkeit als Methode für den Antrieb im Weltraum zu beweisen.
Die ESA hat kürzlich die E-Segel-Technologie als wirtschaftliches Mittel zur Erkundung von Asteroiden untersucht.
Erdüberwachung und Studie zu Weltraumeffekten
Das von Studenten hergestellte ESTCube-2-Mikrokamerapaar wurde für den Index „Normalized Difference Vegetation“ optimiert, um die Pflanzengesundheit aufzudecken. Das Kamerapaar wird je nach Bedarf geneigt, um estnisches Territorium so oft wie möglich zu beobachten, was häufigere Wiederholungen als bei anderen Erdbeobachtungsmissionen ermöglicht.
Das Spin-off-Unternehmen der Universität Tartu, Captain Corrosion, unterstützt ein Experiment, das auf dem Rumpf von ESTCube-2 montiert ist. Eine Reihe von 16 verschiedenen Materialien wird auf ihre Beständigkeit gegenüber „atomarem Sauerstoff“ untersucht – einer Sauerstoffart, die normalerweise nur in niedrigen Umlaufbahnen vorkommt und bekanntermaßen die Satellitenoberflächen angreift.
Das softwaredefinierte Radio von ESTCube-2 wird ebenfalls beschäftigt sein, unter anderem mit der Übertragung von 8-Sekunden-Videoclips, die von estnischen Bürgern vorab aufgezeichnet wurden, mit der Verbindung zu estnischen Schulen entlang seines Flugstreifens und mit der Durchführung von Entfernungsexperimenten mit Amateurfunkbegeisterten.
Der Vega-Flug VV23 soll diese Woche vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana starten. Neben seinen Hauptsatellitennutzlasten trägt es mehrere CubeSats, darunter die PRETTY-Mission der ESA, die reflektierte Satellitennavigation für die Umweltüberwachung untersucht, den Proba-V Companion CubeSat, der die Leistung eines zuvor geflogenen Spektralbildgebers an Bord eines CubeSat testet, und andere IOD/IOV-CubeSats.