Kas satelliidid on olemas? Telegram käis Kuu peal! (osa 1/3)

11. aprill 2019 kell 11:10



“Viimaste aastate üks põnevamaid teemasid üle maailma on kahtlemata olnud “lameda Maa teooria“. Heliotsentrilise maailmamudeli skeptikuid leidub ennekõike noorema põlvkonna seas, ühe uuringu põhjal koguni kolmandik Ameerika noortest on kahtlema hakanud Maa kujus. Et asjale rohkem selgust saada võtsin ühendust Tartu Observatooriumi juhtivinseneri ja satellidispetsialist Viljo Allikuga, kes võttis mind lahkelt vastu oma kodus ning demonstreeris oma muljetavaldavat amatöörraadiojaama,” kirjutab Hando Tõnumaa.

 

Meie kohtumise ajal võttis aset ka üleeuroopaline Kuu-põrgatuse võistlus (European Earth-Moon-Earth Contest 2019), mille käigus saatsime Kuule ja tagasi ka sõnumi Telegram.ee-lt.

Olen Viljo Allikuga kirjavahetuses olnud juba paar aastat ning alljärgnev on kokkuvõte minu kui skeptiku küsimustest ning hr Alliku kui oma ala professionaali vastustest. Märgin veel ära, et Viljo Allik on seotud ka EstCube´i projektidega ning varasemalt on ta töötanud Rootsis mobiiltelefonide arendamisega tegelevas ettevõttes.

Viljo Allik (Foto: Tartu Observatooriumi koduleht)

 

Mida tähendab Kuu-põrgatus ehk Moon bounce?

Raadiolaine põrgatamine Kuu pinnalt ehk Earth-Moon-Earth bounce (EME) tähendab seda, et suure paraboolantenniga (näeb välja nagu hiiglaslik sat-tv taldrik) saadetakse Kuu pinnale raadiolaine ning sealt peegeldub see tagasi Maale, ja püütakse kinni teise raadiojaama sarnase antenniga. Selleks peab ainult Kuu olema jaama asukohas piisavalt kõrgel, et puud ja teised antenni ümbruses asuvad objektid ette ei jääks.

 

Kas raadiolaine saatmine Kuule ja tagasi tõestab argumenti, et Kuu asub meist u 400 000 km kaugusel?

Senini pole mul küll tekkinud vähimatki kahtlust, et klassikalise maailmamudeli juures miskit viltu oleks. Raadiolainete põrgatamine Kuult tegelikult ainult kinnitab seda. Sealjuures ei oma olulist rolli mitte ainult signaali tagasijõudmise aeg vaid ka selle nn. doppleri sagedusnihe, mis on tingitud põhiliselt Maa pöörlemise tõttu maapealse vaatleja asukoha muutumisest Kuu pinna suhtes. Lühematel lainepikkustel, näiteks 10 Ghz lainealas on selline sagedusnihe tugevalt märgatav. Õieti ei olegi kasvõi enda signaali kaja seal teisiti leitav, kui teades eeldatavat doppleri sagedusnihet antud ajahetke jaoks. Ja see eeldatav sagedusnihe on hõlpsasti arvutatav kasutades heliotsentrilist maailmamudelit, kus Kuu ümber Maa tiirleb. Samuti on ka signaali nõrgenemine teekonnal Maalt Kuule ja tagasi väga hästi teooriaga kooskõlas. Ajaline viivitus on muidugi kõige ilmekam indikaator Kuu kaugusest ja võimaldaks tegelikult seda kaugust suhteliselt täpselt määrata, eeldades, et elektromagnetlaine levimise kiirus on meile teadaolev konstant. Seda kaja saan ma tekitada nii analoogsignaalidega, kui ka digitaalseid modulatsioone kasutades. Lõpuks on ju see signaal, mis eetrisse läheb ikkagi oma olemuselt analoogsignaal.

 

Kas selliseid raadiolaineid saab põrgatada ka kaugematelt taevakehadelt nagu nt planeetidelt?

Mis puutub kaugematelt objektidelt signaali põrgatamisse, siis kahjuks on raadioamatööride kasutuses oleva tehnika abil see füüsikaliselt väga keeruline. Üks raadioamatööride grupp on tegelikult edukalt katsetanud signaali põrgatamist Veenuselt, aga selleks oli nende käsutuses ca 20 m läbimõõduga raadioteleskoobi antenn. Selle eksperimendi kohta on internetis juttu näiteks siin: http://www.southgatearc.org/news/march2009/eve.htm

Natuke lähemalt on võimalik signaali põrgatada näiteks meteooride ioniseeritud jälgedelt ionosfääris ning ka virmaliste tõttu tekkiva ionisatsiooni abil saab raadiolaineid peegeldada. Ja muidugi on raadioamatöörid (mina kaasaarvatud) edukalt detekteerinud raadiosignaalide olemasolu inimese poolt süvakosmosesse lennutatud kosmoseaparaatidelt. Amatööride kasutuses oleva tehnika jaoks on need signaalid kaugelt liiga nõrgad, et seal edastatavaid andmeid dekodeerida saaks, aga signaali enda olemasolu on üsna lihtsate vahenditega tuvastatav. Ja seni on kõigil juhtudel signaal saabunud üsna täpselt eeldatavast suunast ning õigel sagedusel.

Näiteks seni kõige kaugem raadiosignaal, mida on mul õnnestunud tuvastada tuli ESA Rosetta kosmosesondilt suhteliselt varsti peale seda, kui see sond Jupiteri orbiidi läheduses oma “talveunest” üles äratati. Seda tegime Tõraveres oleva 3m läbimõõduga paraboolantenni abil.

Siis võib ära mainida ka üht huvitavat kosmoseprojekti, mis tegelikult teostus nn ühisrahastuse abil, kus taastati side ühe 70-ndatel aastatel NASA poolt üles lennutatud kosmoseaparaadiga, mille nimi oli ISEE-3. See satelliit täitis 70-ndatel oma missiooni väga edukalt ja käis peale seda veel täiendaval missioonil ka ühte komeeti uurimas (sel ajal oli aparaadi nimetus ICE), aga peale selle missiooni täitmist polnud NASA-l enam huvi selle satelliidiga rohkem tegeleda ja ta jäeti lihtsalt kosmosesse, aga suhteliselt heas töökorras olevana. Peale rohkem, kui 30 aasta möödudes aga saabus see satelliit jälle Maa lähedusse, sest ta tiirles ümber Päikese nagu planeet Maa, aga sellest veidi erineva kiirusega. Ja mingil hetkel tekkis grupil entusiastidel huvi see satelliit uuesti kasutusele võtta ja võimaluse korral suunata sellisele orbiidile, kus see Maa juurest eemale ei liiguks. Satelliidi pardal pidi olema veel piisaval kütust sellise manöövri sooritamiseks. Ja selleks koguti ühisrahastuse abil kokku ca 100 000 USD ning asuti tegutsema.

ISEE-3

Suureks probleemiks oli see, et NASA enda kosmoseside jaamades (DSN) ei olnud enam mingit tehnikat nii vana kosmoseaparaadiga sidepidamiseks, kogu signaalitöötlus tuli kaasaaegsete nn. tarkvaralise raadio lahendustega uuesti luua. Aga kõik see tehti edukalt ära ja ISEE-3 -ga taastati kahepoolne raadioside ja saadi sealt vajalik telemeetriline info, mis kinnitas, et satelliit on endiselt heas töökorras. Telemeetria vastuvõtul kasutati muuhulgas ka Saksamaal raadioamatööride kasutuses olevat 20-meetrise läbimõõduga paraboolantenni. Kahjuks hilisemad satelliidi orbiidi muutmise katsed ebaõnnestusid ehkki vajalikku kütust oli piisavalt, oli gaasiline lämmastik, mis on vajalik kütuse liigutamiseks paakidest düüsidesse lihtsalt aja jooksul otsa saanud.

Aga projekt oli sellegipoolest oma olemuselt äärmiselt põnev ja huvitav ning ainulaadne selle poolest, et NASA ei hoia sugugi mitte kõike ainult oma teada ja tegelikult ei takista ka teistel isegi oma kosmoseaparaatidega sidet pidada. Selle
ISEE-3 projekti kohta näeb rohkem siit: http://spacecollege.org/isee3/

ISEE-3 signaali õnnestus ka minul edukalt detekteerida sel ajal, kui satelliit oli Maast ca 5 miljoni kilomeetri kaugusel. Muuhulgas oli ka nähtav satelliidi ümber oma telje pöörlemisest tingitiud perioodiline doppleri sagedusnihe, mille põhjal oli mul võimalik välja arvutada satelliidi pöörlemiskiirus. Natuke sellest eksperimendist saab leida mu twitteri lehelt:
https://twitter.com/ES5PC/with_replies

 

Kas Päikese pinnalt on ka võimalik raadiolainet põrgatada?

Probleem on selles, et kui Päike on samas suunas, kui Kuu, siis hakkab Päikese termiline müra vastuvõetavat signaali oluliselt maha suruma (iga objekt, mille temperatuur on kõrgem, kui absoluutne null kiirgab muuhulgas ka teatud määral raadiosageduslikku laiaribalist müra). Seetõttu ei saagi raadiosignaali näiteks Päikeselt peegeldada. Samasugune probleem on ka näiteks kaks korda aastas geostatsionaarsetelt satelliitidelt (näiteks sat-TV) vastuvõetava signaaliga, kui Päike on samas suunas, kui satelliit (sügisel ja kevadel), kus mingi lühikese aja jooksul tekivad häired telepildi vastuvõtul.

 

Aga kui Kuu on täiesti noor ehk see aeg u 48h kui Kuud pole võimalik näha, et kas sellel ajal saab teha põrgatust? Tema asukoht on ju ikkagi teada?

Loomulikult saab ka noorkuu ajal põrgatada.  Teoreetiliselt isegi natuke paremini, kui täiskuu ajal, sest Kuu pind on ilma päikesevalguseta külmem ja kiirgab vähem termilist müra. Praktikas aga see pole eriti märgatav. Muidugi noorkuu ajal on oht, et Päike paistab suhteliselt samast suunast, kui Kuu ja Päikese termiline müra võib hakata segama. Aga see sõltub põhiliselt antenni kiirgusdiagrammi laiusest, suuremate antennide ja kõrgemate sageduste korral tavaliselt probleemi ei ole. Kuu asukoht on loomulikult teada, ja antenni suunamiseks on olemas vastav tarkvara.

 

Kuidas satelliitidega sidet peetakse?

Satelliidi küljes on vastuvõtja, mis toimib teatud lainepikkuste ja sageduste vahemikus ja konverteerib selle ümber teise sagedusvahemikku. Võtab vastu näiteks 2,4 GHz sagedusalas ja saadab vastu võetud signaali tagasi 10, 5 GHz sagedusalas
(amatöörraadiotransponder geostatsionaarse sidesatelliidi Es’hail-2 pardal). Sellise antenni saab ka ise püsti panna.

Galerii: Viljo Alliku amatöörraadiojaam

 

Kuidas signaali mõjutab see, kas ta on parasjasti atmosfääris või vaakumis? Kuidas EME sõltub sellest kui nüüd teatati, et Kuu asub Maa atmosfääris?

Eriti ei mõjuta. Küsimus on selles, et kust kohast Maa atmosfäär ära lõppeb. Nad on nüüd avastanud, et gaasi osakesid leidub ka palju kõrgemal. Täiesti puhast vaakumit pole ka kosmoses olemas, alati on seal igasugu osakesi ja kosmilist kiirgust. Aga tegelikult võime ikkagi öelda, et Maa orbiidil on praktiliselt vaakum.

 

Kui EstCube teeb pildi, siis kuidas see meieni tuleb? Ma olen kuulnud, et see pilt ei tule otse vaid läbi mingi vahekeskuse…

Pildid Maast tulid meie Tõravere jaama. Umbes 90% andmepakettidest tuli meile otse ja mingi osa püüdsid kinni erinevad raadioamatöörid, kes need meile edasi saatsid. Tegelikult läks alati ka osa pakettidest ühel-või teisel põhjusel kaduma, aga alati oli võimalik nende saatmist korrata, ilma et me oleks pidanud uue pildi tegema. Selliseid satelliite, millelt tulevate andmete vastuvõtul saavad ka raadioamatöörid kaasa aidata on tegelikult väga palju. Kuna sellised satelliidid kasutavad väga tihti raadioamatöörsideks eraldatud lainealasid, siis kehtib kokkulepe, et need satelliidid peavad võimaldama ka midagi huvitavat ja kasulikku raadioamatööride jaoks.

Kuna näiteks ülikoolide ja paljude teiste organisatsioonide poolt ehitatud satelliite jõuab orbiidile järjest rohkem, siis on probleem on hoopis selles, et meil pole piisavalt palju maajaamasid, kes infot satelliidiga vahendaks. Palju on juhtumeid, kus aktivistid ehitavad satelliidi ja alles siis hakkavad mõtlema, et kuidas on võimalik hakata sellega sidet pidama. Kokkuvõtteks info satelliitidelt tuleb meile otse mitte läbi NASA vahekeskuste.

 

Kui satelliit viiakse n-ö orbiidile, siis ta piltlikult öeldes visatakse üle parda kanderaketist välja, mis hetkel selle satelliidiga side tekib?

No see sõltub satelliidist ja projektist üleüldiselt, kas ta on kommertseesmärkidel viidud või mitte. Näiteks kehtib väikestele kuupsatelliitidele nõue, et vähemalt 40 minutit peale kanderaketist eraldumist ei tohi satelliit oma raadiosaatjat sisse lülitada. See on nõue, kuna neid satelliite on väga palju, mõned on suured ja kallid. Soovitakse võimalikult minimaliseerida tõenäosust, et satelliit saaks teisele satelliidile mingit „paha“ teha. Suhelda on lubatud 40 minuti pärast. Siis paneb satelliit käima “majaka“, mis morse või digipakettidega saadab maajamadesse kõige olulisemat telemeetriat satelliidi “tervise“ kohta.

Hiinlased saatsid hiljuti kaks satelliiti orbiidile tiirlema ümber Kuu. Neist üks läks kahjuks kaduma aga teine tegi muuhulgas ka pildi Kuu tagaküljest nii, et Maa on seal ka nähtav. See pilt on vastu võetud raadioamatööride poolt. Ma olen selle satelliidi raadiosignaali signaali ka ise vastu võtnud.

Kuu tagakülg (Hiina)

 

Aga kes selle pildi tegi?

Pildi tegi muidugi satelliit, aga käsu pildi tegemiseks andis ilmselt Hiina maapealne jaam.

 

Kas raadioamatöör saaks ka selle käsu saata?

Põhimõtteliselt saaks, kui tal oleks lubatud seda teha ja vajaliku võimsuse ja modulatsiooniga saatejaam olemas.

 

Kuidas ma saan ise kontrollida kui kõrgel mingi satelliit on?

EstCube lendab 650km kõrgusel, geostatsionaarsed satelliidid on 36 000 km kõrgusel, Kuu on hetkel umbes 360 000 km kaugusel. Kaugust saame mõõta signaali viivitusega (ingl keelne väljend ranging), ehk saadad signaali ja mõõdad kui kiirelt see tagasi tuleb. Valguse kiirus on u 300 000 km/s, ehk siis Kuu puhul 2×300 000 + natukene veel ning me näeme, et kaja tulebki tagasi u 2,7 sekundiga. Geostatsionaarsetel satelliitidel on see viivitus u 260 millisekundit ehk matemaatiliselt kõik klapib, kuna Kuu ongi kümme korda kaugemal, kui geostatsionaarne satelliit.

 

Kuula heli, mille me saatsime Telegrami nimel Kuule ja tagasi:

Jätkub…

 

Intervjueeris ja toimetas Hando Tõnumaa

 

Fotod: Pixabay, Tartu Observatoorium, Wikimedia Commons, The Verge

 

NB! Telegram tegutseb tänu lugejate abile. Kui sinu arvates on Telegramis ilmuv info vajalik ja oluline, võid soovi ja võimaluse korral meid toetada. Suur aitäh kõigile, kes aitavad olulisi teemasid pildis hoida!

Unlimited MTÜ
EE497700771002818684

BITCOIN
1Hqjxbt8czHcENjDQan5GFL3Qssn4znpAr

DASH
XjUJswujDzLgSgg7Ly8bK6TEo1kwVzaKeV

BITCOIN CASH (BCH)
qp0gdarh8xtte8fygj2ehrud7h4gsugzeqlmamcx3s

ETHEREUM
0x9b67438a7a4cdd88edb14c2880e920a3cba692c6