W latach 2012–2016 liczba małych satelitów wysłanych na orbitę ziemską wzrosła o 300 %. Produkcja satelitów przyspiesza dzięki budowie satelitów z gotowych i sprawdzonych wcześniej rozwiązań. W tym swoją szansę upatruje polski startup, KP Labs, który utworzył ekosystem do budowy satelitów obejmujący sprzęt, oprogramowanie oraz algorytmy.
Kosmiczny wyścig nabiera rumieńców, bo pomiędzy europejski, rosyjski i amerykański ambitnie wchodzi chiński przemysł kosmiczny. Chiny mają własnych plan komercyjnej ekspansji kosmicznej, dążąc m.in. do uzyskania autonomii w zakresie produkcji i stosowania rakiet wielokrotnego użytku. Za cztery lata chińskie wydatki na rozwój komercyjnych technologii kosmicznych wynieść mają 4,7 mld dolarów prognozuje rządowy think tank FutureAerospace.
Budowanie samodzielne dużych misji kosmicznych nie jest już opłacalne. Lepiej to robić wspólnie w ramach Europejskiej Agencji Kosmicznej, której jesteśmy członkiem. Polskie firmy już dziś biorą udział w dużych misjach poprzez przygotowywane instrumenty. — powiedział prof. Grzegorz Wrochna, b. prezes POLSAw czasie panelu dyskusyjnego nt. przemysłu kosmicznego w czasie Forum Ekonomicznego w Karpaczu.
Dlatego tak ważna jest współpraca z integratorami, którym KP Labs dostarcza podzespoły umożliwiające przetwarzanie danych na orbicie. Zespół KP Labs był zaangażowany m.in. w umieszczenie na orbicie czwartego polskiego satelity, PW-Sat2. Autorska linia produktów firmy o nazwie Smart Mission Ecosystem łączy sprzęt, oprogramowanie i algorytmy oparte o sztuczną inteligencję.
Jak uniknąć kolizji na niskiej orbicie ziemskiej ?
W chwili obecnej na orbicie okołoziemskiej znajduje się ponad 30.000 części odłamków śmieci kosmicznych, składających się z rakiet i satelitów – liczba ta stale rośnie, przez co każde urządzenie wysłane w przestrzeń kosmiczną narażone jest na wysokie ryzyko kolizji. Rozwój rozwiązań, umożliwiających efektywne usuwanie różnego typu odpadów, stał się więc niezwykle ważny.
KP Labs rozpoczął prace nad kolejnym elementem w ramach ekosystemu Smart Mission Ecosystem — komputerem pokładowym dla małych satelitów, który usprawni i przyspieszy przetwarzanie danych na orbicie, a także zapewni większą niezawodność sprzętu w nowoczesnych misjach satelitarnych. Jest to już trzecia jednostka przetwarzania danych (ang: DPU) zaprojektowana przez KP Labs i pierwsza przeznaczona do wykorzystania w większych misjach. Po wprowadzeniu urządzeń dostosowanych do projektów nanosatelitarnych Lion DPU otwiera KP Labs drogę do wejścia w zupełnie nowy sektor przemysłu kosmicznego. Jest zaprojektowany tak, aby równie dobrze sprawdzał się w misjach skupionych zarówno na wykrywaniu, jak i klasyfikowaniu niebezpiecznych śmieci kosmicznych, które muszą zostać usunięte.
Premiera rynkowa Lion-a DPU i gotowość do pierwszych lotów kosmicznych planowana jest na ostatni kwartał 2023 roku. Głównym zadaniem Lion-a będzie przetwarzanie wielowymiarowych i wielosensorowych danych na orbicie okołoziemskiej w mikro i małych satelitach o wadze od 50 do 500kg. Za pomocą układu FPGA z rodziny Kintex Ultrascale wraz z zaawansowaną jednostką nadzorującą i korygującą jego pracę, możliwe będzie przetwarzanie złożonych danych z wielu sensorów multi- lub hiperspektralnych, kamer nawigacyjnych oraz radarów z syntetyczną aperturą, co przełoży się na znaczne usprawnienie przyszłych misji kosmicznych różnego typu.
Kosmiczny nadzorca
Technologia wykorzystana w Lion DPU nie tylko sprawdzi się w innowacyjnych zastosowaniach kosmicznych, ale także przyczyni się do zarządzania kryzysowego na przykład w przypadku pożarów, zarówno tych występujących naturalnie, jak i wywołanych przez człowieka. Satelity mogą wykrywać i monitorować pożary niezależnie od tego, jak duże lub małe są oraz dostarczać danych na temat wielu czynników — w tym ich lokalizacji, czasu trwania, temperatury i intensywności.
Różnice pomiędzy krzywymi spektralnymi opracowanymi dla obszarów zalesionych i dotkniętych pożarem są wykorzystywane do określenia przestrzennego zasięgu zjawiska i analizy jego skutków. Jest to dość poważny problem, uczeni dowodzą, że zmiany klimatyczne mogą zwiększyć ryzyko wystąpienia suszy i pożarów o co najmniej 30 procent, dlatego wprowadzenie rozwiązań wzbogaconych o pokładowe przetwarzanie danych i dedykowane algorytmy mogą mieć ogromny wpływ na dalsze losy naszej planety.
Ekstremalne obciążenia związane z temperaturą oraz samodzielność
Możliwość uruchomienia sztucznych sieci neuronowych użytych w Lion DPU będzie miała znaczący wpływ na przyszłość misji kosmicznych — od tych odbywających się na orbicie okołoziemskiej po projekty międzyplanetarne. Eksploracja innych ciał niebieskich w Układzie Słonecznym wiąże się z wieloma trudnościami spowodowanymi głównie opóźnieniami w komunikacji radiowej pomiędzy Ziemią, a satelitą. Autonomiczne formacje jednostek działających w oparciu o sieci neuronowe i sztuczną inteligencję będą więc w niedalekiej przyszłości nieodzownym elementem zaawansowanych projektów eksploracji kosmosu, a być może nawet kolonizacji naszych najbliższych sąsiadów, takich jak Księżyc czy Mars.
Znaczne cykliczne zmiany temperatury wynikające z pracy urządzenia oraz ze zmiennej ekspozycji satelity na światło słoneczne podczas jego wędrówki wokół Ziemi to problem, z którym musi się zmierzyć każda współczesna misja kosmiczna. Lion DPU zaprezentuje w tym temacie nowatorskie rozwiązanie oparte na implementacji akumulacyjnego układu termicznego wykorzystującego ciepło utajone materiału zmiennofazowego PCM (Phase Change Material) z grupy organicznych parafin. Dzięki temu nowatorskiemu rozwiązaniu, amplitudy temperatur na elementach elektronicznych satelity zostaną znacząco zredukowane.
Materiał PCM będzie pełnił funkcję stabilizatora termicznego, optymalizując gospodarkę cieplną wewnątrz jednostki. W efekcie znacznie wydłuży się żywotność urządzenia, gwarantując co najmniej 5 lat ciągłej pracy na orbicie. Dodatkowo pozwoli to na utrzymanie bezpiecznego bufora operacyjnego, pozwalającego nawet na sporadyczne zwiększanie mocy obliczeniowej.
Istotnym elementem Lion DPU, który będzie miał niebagatelny wpływ na jego sprawne funkcjonowanie, jest wysokiej jakości obudowa wykonana zgodnie z wyspecjalizowanymi standardami przemysłu kosmicznego oraz wymaganiami ECSS (European Cooperation for Space Standardization). Do grupy tych produktów wliczają się jedne z najbardziej znaczących przedsięwzięć, wyznaczających trendy na rynku komercyjnych misji satelitarnych.
Wdrożenie innowacyjnych rozwiązań konstrukcyjnych w nowym urządzeniu opracowanym przez KP Labs w połączeniu z faktem, że będzie ono oparte na wykorzystaniu komercyjnie dostępnych, niedrogich komponentów pozwoli na osiągnięcie wysokiej niezawodności i trwałości podczas misji orbitalnej, przy jednoczesnym znacznym obniżeniu ogólnej ceny kompletnego produktu. Podejście to ułatwi dotarcie z ofertą do szerszej grupy klientów, którzy szukają dla swoich projektów satelitarnych propozycji cechujących się korzystnym i zrównoważonym stosunkiem ceny do jakości nabywanego sprzętu.
Oprócz Lion DPU każde element należący do Smart Mission Ecosystem jest częścią zintegrowanego zestawu rozwiązań, pozwalające na obniżenie kosztów całego przedsięwzięcia, tworząc kompletny projekt kosmiczny. Poszczególne części ekosystemu, będące w asortymencie KP Labs, stanowią odpowiedź na kolejne kluczowe potrzeby nowoczesnych misji satelitarnych.
Obejmują one szeroką gamę funkcjonalności, z produktami takimi jak modułowe oprogramowanie pokładowe Oryx czy elektrycznego wyposażenia wspomagającego (EGSE) Oasis, stworzone do testowania satelitów na Ziemi. Zwiększoną niezawodność operacji kosmicznych zapewni komputer pokładowy z funkcją utrzymania predykcyjnego Antelope, natomiast wysokowydajna jednostka przetwarzania danych Leopard oraz algorytmy The Herd, zaprezentują możliwości przetwarzania danych pokładowych wspierane przez sztuczną inteligencję.
