Polandcanintospace

Rozmawiamy z Inną Uwarową, doktorantką Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej, która pracuje w konsorcjum FP Space z Gliwic. Jednym z jego flagowych projektów jest misja Intuition-1 w 2022 r.

 

Zanim przejdziemy do rozmowy o samym projekcie - kiedy w ogóle trafiłaś na kosmiczną ścieżkę?

IU: Chyba, gdy w szkole pojawiła się fizyka - była logiczna i sprawiała mi najmniej problemu. Potem zachwyciłam się astronomią, ale czegoś mi jednak w tej dziedzinie brakowało. W przypadku inżynierii kosmicznej fajna jest sprawczość, bo konstruujemy coś, co będzie działało w kosmosie i służyło m.in. do badań.

A już dużo później - jak trafiłaś do konsorcjum FP Space?

IU: Od pięciu lat prowadzę projekt budowy satelity na Politechnice Warszawskiej. Pewnego dnia doszło do spotkania z prezesami dwóch spółek: Jarosławem Czają (Future Processing) i Krzysztofem Plazą (FP Instruments), dla których rozwijająca się od niedawna w Polsce branża kosmiczna wydała się godna zainteresowania. W celu zdobycia doświadczenia w nowej dla obydwu spółek dziedzinie, zaangażowali się w nasz projekt. Ich propozycja wsparcia m.in. poprzez dostarczenie komputera pokładowego i napisanie oprogramowania na satelitę była dla nas bardzo wartościowa. Zespół programistów FP stał się częścią zespołu PW-Sat2 - konstruującego czwartego polskiego satelitę.

Po jakimś czasie Jarosław Czaja był w stu procentach przekonany, że chce rozwijać dział kosmiczny i zaproponował nam dalszą współpracę. Zgodziliśmy się i tak od ponad dwóch lat pracujemy z kolegą z Politechniki w spółkach konsorcjum FP Space. Future Processing ma doświadczenie w sofcie i analizie obrazu, więc jest dobrym corem zajmującym się downstreamem - czyli obróbką danych satelitarnych. W ramach konsorcjum mają powstawać produkty wykonywane przez pozostałe, hardware’owe spółki - FPI i KP Labs - wykorzystywane i dostarczane do klienta dzięki spółce, która obrabia dane.


Jest jakieś rozróżnienie między rolą dwóch spółek hardware’owych?

IU: FP Instruments zajmuje się bardziej elektroniką, procesorami i jednostkami obliczeniowymi. KP Labs prowadzi cały projekt budowy satelity, ma w swoim zespole osoby odpowiedzialne za mechanikę, obliczanie orbit, konfigurację satelity, system sterowania.

To wszystko dzieje się w Polsce?

IU: Tak. Satelita, który ma powstać w konsorcjum będzie na pewno czymś nowym i znajdzie zastosowanie w wielu branżach.


Opowiedz trochę o nim. 

IU: Projekt nazywa się Intuition-1. Będzie satelitą obserwacyjnym robiącym zdjęcia Ziemi kamerą hiperspektralną, która akurat w naszym przypadku ma 150 kanałów. Ich zwiększona liczba pozwoli na podniesienie jakości wykonywanych zdjęć, a uzyskiwanych informacji będzie zdecydowanie więcej w porównaniu do instrumentów aktualnie dostępnych na rynku. Stworzy więc bardzo duże możliwości, ale jedna kwestia jest problematyczna. Dane przesyłane przez satelity są olbrzymie - jeden przesył obejmuje gigabajty. Satelita może ,,zrzucić’’ dane dopiero, gdy znajduje się w zasięgu stacji naziemnej, czyli raz na jakiś czas. Rozstawienie stacji naziemnych po całym świecie wiązałoby się z dużymi kosztami. Po odebraniu ,,surowych’’ danych dużo czasu zajmuje też ich obróbka.

Zaproponowaliśmy niespotykane rozwiązanie, by satelita przetwarzał dane na orbicie, wykorzystując sieci neuronowe, chociaż nie jest to proste do osiągnięcia. O ile na Ziemi mamy bardzo mocne komputery, w kosmosie jest inaczej - procesory są bardzo podatne na promieniowanie i grozi im zniszczenie przez radiację. Inny problem to tendencja, by jak najbardziej upraszczać działanie satelity, ponieważ musi być niezawodny w 99,9999%. Elektronika obecnie funkcjonująca w kosmosie to komponenty porównywalne z tymi, które funkcjonowały na Ziemi kilkanaście lat temu - dlatego można stwierdzić, że nasz telefon potrafi więcej niż niejeden satelita. Wysyła się tylko to, co jest sprawdzone - i jednocześnie mało autonomiczne.

Nasz satelita będzie wyposażony w bardzo wydajny procesor gotów przetwarzać ogromne ilości danych na orbicie. Nie zrzuci wszystkiego ,,jak leci’’ - sam wybierze odpowiednie, wstępnie już przerobione, dane.

Jak wygląda popyt na tego typu dane? I na inteligentnego satelitę?

IU: W tej chwili na rynku satelitarnym jednym z najbardziej rozwiniętych rodzajem usług jest dostarczanie zobrazowań Ziemi - ponad jedna trzecia satelitów to satelity obserwacyjne, a więc na te dane jest popyt. Dlaczego inteligentny satelita jest lepszy? Koszty jego konstrukcji są stosunkowo niskie w porównaniu z tym, co budują inni, nie jest to np. satelita dwutonowy. Jest mały, bo składa się z 6 unitów, a jeden unit to 1,3 kg, - czyli 8 kg łącznie. Nie mówimy o kosztach rzędu miliardów. Pozyskaliśmy dofinansowanie z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju oraz regionalne, dla województwa śląskiego. Finansowanie na satelitę zdobyła spółka KP Labs.

Więc kto może być klientem takiej usługi? Wojsko, dane państwo, zwyczajny rolnik?

IU: W zasadzie to wszyscy. Przykładowo: firma chce przygotować usługę dla rolników - aplikację, dzięki której na telefonach mieliby pogląd na swoje pole i informację o tym, w jakich obszarach trzeba je nawodnić. Oni są jej klientami, a firma potrzebuje tych danych satelitarnych, a więc je kupuje. I są różne powody, dla których wybierze tego, a nie innego dostawcę.

Ile kosztuje wystrzelenie takiego ośmiokilogramowego satelity?

IU: Za ładunek 2 kg płaci się ok. 180 tys. euro. Przypuszczam, że za 8 jakieś 500-600 tys.

Niedawno SpaceX wystrzelił w kosmos Teslę Roadster. Myślisz, że firma robi ,,dobrą robotę”? Czy Wy też z tego skorzystacie?

IU: Już korzystamy (śmiech), bo w projekcie z Politechniki wykupiliśmy u nich start satelity. Ich oferta była najtańsza. Może nie była to bardzo duża różnica, ale 5 tys. euro mniej niż wystrzelenie rakiety indyjskiej.

Jakie jeszcze projekty - oprócz projektu zapoczątkowanego na Politechnice i własnej satelity - realizuje FP Space?

IU: Poza tymi projektami są jeszcze inne dwa - downstreamowe, czyli wykorzystujące dane satelitarne. Pierwszy jest związany z podwyższaniem rozdzielczości obrazów satelitarnych i będzie trwał do czerwca. To rozwojowy projekt badawczy - chcemy sprawdzić jakie wcześniej zdefiniowane algorytmy do poprawy rozdzielczości wizyjnej można zaimplementować do zdjęć satelitarnych.

Drugi projekt rozwijamy wspólnie z Głównym Instytutem Górnictwa i Stowarzyszeniem Naukowym im. Stanisława Staszica, działającym przy AGH. Badamy czystość zbiorników wodnych - na razie na terenie województwa śląskiego - przy pomocy zdjęć satelitarnych. Do tej pory pobierano próbkę do laboratorium in situ, co było czasochłonne i kosztowne. Okazało się, że można zautomatyzować ten proces i robić to przy pomocy zdjęć satelitarnych. Operując odpowiednio pasmami jesteśmy w stanie wykryć poziom chlorofilu, świadczący o zanieczyszczeniu danego jeziora. Możemy stworzyć platformę, która ściąga zdjęcia, obrabia je, analizuje i dostarcza sam wynik.




Satelity obserwacyjne są wykorzystywane przez podmioty państwowe lub też inne, bardzo duże, mające dużo terenu. Zastanawiam się nad innymi zastosowaniami satelit - poza obserwacyjnym i telekomunikacyjnym w sektorze prywatnym.

IU: Przykładem mogą być firmy farmaceutyczne, które chcą przebadać dany proces zachodzący w mikrograwitacji. Mogą wykupić miejsce na satelicie, umieścić tam jakiś ładunek i wystrzelić w kosmos, a on po jakimś czasie wróci.

Zapytam jeszcze o elektronikę kosmiczną. Wiem, że przez radiację trzeba używać redundatnych komponentów - a potem przypilnować, żeby dane przetworzone w tych komponentach były spójne. Czym elektronika kosmiczna różni się oprócz tego od elektroniki ziemskiej?

IU: Ceną (śmiech). Jest dziesięciokrotnie droższa. Wynika to m.in. z testów radiacyjnych, które mają zapewnić, że elektronika ta będzie niezawodnie działać w kosmosie aż do końca misji.

Jest kilka rodzajów zabezpieczeń przed radiacją. Na poziomie budowy elektroniki mamy do czynienia z szerokimi, masywnymi ścieżkami - by uderzenie cząstki naładowanej nie spowodowało jej przerwania. Oczywiście przed promieniowaniem możemy zabezpieczyć się metalową osłoną - tak postępuje się przy długiej eksploatacji na orbicie. Gdy w misji biorą udział ludzie, ich też osłania się przed promieniowaniem kosmicznym.

Co do redundancji komponentów - jest szeroko stosowana. Stosuje się również zabezpieczenia software’owe.

Software’owo przeciw radiacji?

IU: Tak. Radiacja powoduje głównie przestawienie wartości bitu, dlatego nie możemy ufać wartościom uzyskanym tylko z jednego źródła. Zwykle wartości uzyskane z redundatnych komponentów przechodzą przez system głosowania, co eliminuje większość przypadkowych zmian bitów. Możemy też co jakiś czas restartować komputer, żeby oczyścić system z potencjalnych błędów. Robimy bardzo dużo zabezpieczeń przed dostaniem się do systemu nieprawidłowej wartości, bo satelita nie jest w stanie sam ocenić czy jest to wartość prawdziwa, czy nie.

Mieliśmy taki problem na satelicie Politechniki. Tam kluczowe było odpalenie procedury deorbitacji w razie braku komunikacji po 40 dniach. Jednak co jeśli cząstka trafi tak, że przestawi nam zegar? Trzeba było się przed tym bardzo dobrze zabezpieczyć. Podobne problemy występują na większości satelit.

Podłoże pod elektronikę jest krzemowe?

IU: To zawsze zależy od misji. Wychodzi się od tego na jakiej orbicie satelita będzie pracował i jak długo. Przykładowo - satelita budowany na Politechnice będzie kierowany na niską orbitę okołoziemską (ok. 600 km). Ma działać aktywnie przez 40 dni, nie 10 lat. Dlatego komponenty, które lecą nie są komponentami stricte space’owymi. Nie chcemy płacić 10 razy więcej za elektronikę tylko dlatego, że wiemy, że będzie działała np. 5 lat, bo nasz satelita będzie tam krócej. Dla tej misji jesteśmy w stanie wybrać ,,ziemskie’’ komponenty.  Wiemy, że nie wytrzymają za długo, ale nie jest to naszym priorytetem. Tak samo jest w przypadku całej elektroniki, hardware'u, czy jakichś podzespołów - zastanawiamy się nad długością misji.

W przypadku projektu Intuition-1 te wymagania są o wiele ostrzejsze, bo satelita będzie na orbicie o wiele dłużej.

Dlaczego akurat praca w konsorcujm FP Space daje ci satysfakcję?

IU: Fajne jest to, że pracujemy nad tak zaawansowanymi projektami w Polsce, co nie miało miejsca jeszcze 5 lat temu. Wcześniej oczywiście była możliwość pracy w instytucji państwowej - Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk - ale w tej chwili jest to możliwe także w sektorze prywatnym. Każdy kolejny projekt i zagadnienie jest zupełnie nowym, ambitnym wyzwaniem, rozwiązania trzeba wymyślać na bieżąco. A efekty naszej pracy polecą w kosmos.