LeopardISS poleci ze Sławoszem Uznańskim na orbitę

LeopardISS to jeden z projektów naukowych, które w ramach misji IGNIS polecą z polskim astronautą Sławoszem Uznańskim na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS). Jednostka przetwarzania danych (DPU) Leopard, opracowana przez firmę KP Labs z Gliwic przy wsparciu Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) umożliwi naukowcom, przedsiębiorcom i studentom testowanie oraz doskonalenie algorytmów AI, a także uczenia maszynowego w rzeczywistych warunkach kosmicznych. LeopardISS ma być istotnym krokiem w rozwoju technologii przetwarzania i przechowywania danych blisko ich źródła (edge computing) i kosmicznych centrów danych, które mają odgrywać wiodącą rolę w przyszłej eksploracji kosmosu.

LeopardISS został wybrany do finansowanej przez Ministerstwo Rozwoju i Technologii misji IGNIS na wiosnę minionego roku. Sama misja odbędzie się nie wcześniej niż drugim kwartale 2025. Ma pomóc jednostce Leopard w osiągnięciu tzw. flight heritage, potwierdzenia poprawnej pracy w warunkach kosmicznych, które ma kluczowe znaczenie dla jej przyszłych komercyjnych zastosowań. Identyczna jednostka Leopard pracuje już od ponad roku na pokładzie satelity testowego Intuition-1.

W listopadzie ubiegłego roku zakończono wszystkie wymagane procedury, w tym weryfikację kompatybilności jednostki z ICE Cubes Facility (ICF), do której na pokładzie międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Urządzenie uznano za w pełni zgodne z infrastrukturą ISS i gotowe do pracy na orbicie. LeopardISS znajduje się w tej chwili w Centrum Kontroli ALTEC (Advanced Logistics Technology Engineering Center) w Turynie i czeka na decyzję o starcie.

Grzegorz Jasiński: Dzień dobry panu. Wszyscy przeżywamy planowany lot Sławosza Uznańskiego na orbitę, jego misję na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Zyskujemy coraz więcej informacji na temat tych zadań, które będzie tam pełnił i na temat tych projektów naukowych, które będzie realizował. Proszę mi więc opowiedzieć w imieniu firmy KP Labs o programie LeopardISS, bo tak on się dokładnie nazywa. Jaki jest cel tej misji?

Dawid Lazaj (KP Labs): Dokładnie. Dzień dobry wszystkim. Nasza misja nazywa się LeopardISS. Więc może zacznijmy od samego wyjaśnienia nazwy. Ponieważ, jak się można domyślić, za ISS stoi Międzynarodowa Stacja Kosmiczna.

Ale ważniejszy jest Leopard.

Więc Leopard jest to nic innego jak jeden z naszych produktów. Jest to nasza jednostka do przetwarzania danych, która w tym projekcie pełni rolę serca całego urządzenia, całego projektu, które będziemy wysyłać właśnie na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Sam Leopard jest to mała kostka, ważąca niecały kilogram. Ma wymiary około 9 na 9 na 5 centymetrów. I produkt ten składa się głównie z dwóch komponentów. Pierwszy komponent jest to komponent nadzorujący, który nazywamy supervisorem i nadzoruje on stan Leoparda. Co to znaczy nadzoruje? No więc supervisor zbiera telemetrie czyli informacje o wszystkim tym, co dzieje się w Leopardzie, czyli odczytuje dane z czujników, analizuje je i szuka anomalii w tych danych oraz pełni takie funkcje poboczne, jak na przykład wybiera, jaki obraz systemu ma zostać aktywowany w Leopardzie, odpowiada za komunikację radiową. Drugi komponent jest to "processing node", czyli wykonawca. Mamy nadzorcę i mamy wykonawcę. No i co ten wykonawca wykonuje? "Processing node" zajmuje się obliczeniami. Obliczeniami, analizą i przetwarzaniem danych. Co robi wykorzystując głębokie sieci neuronowe, czyli algorytmy sztucznej inteligencji.

Taka jednostka poleciała już na orbitę na pokładzie satelity Intuition-1. Czy to była dokładnie taka sama jednostka, czy też do nowej misji państwo wprowadziliście jakieś poprawki?

Nie. Naszym celem było wykorzystanie dokładnie takiego samego Leoparda, zarówno na pokładzie Intuition-1, czyli naszego satelity, który wyleciał na orbitę już ponad rok temu. I jest to taki sam model jak w przypadku LeopardaISS. Jedyne, co musieliśmy zrobić, to dostosować go do wymagań i warunków, jakie są na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

I jakie to były warunki?

Na stacji panuje szereg zasad, których trzeba przestrzegać, a samo podłączenie LeopardaISS na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej to nie jest coś tak prostego jak podpięcie telefonu do ładowarki. My w ramach misji podłączamy się do aparatury, która nazywa się ICE Cubes Facility (ICF). Jest to taki moduł pośredni pomiędzy nami i Międzynarodową Stację Kosmiczną. I czym jest to ICE Cubes Facility? Można sobie wyobrazić, że jest to taka wielka komoda z jedną szufladą, do której można wpiąć właśnie takie eksperymentalne kostki. Czym są te eksperymentalne kostki? Chodzi o to, że ICE Cube Facility narzuca w pewien sposób, jak ma wyglądać obudowa eksperymentu. Czyli w naszym przypadku, w centrum tego LeopardaISS znajduje się Leopard jako jednostka przetwarzające dane, ale jest ona jednocześnie podpięta do tak zwanego interface boardu, który pełni rolę takiej przejściówki, żebyśmy mogli się podpiąć do portu w ICE Cubes Facility. I te dwa komponenty, czyli Leopard oraz interface board są obudowane i zamknięte w takiej aluminiowej kostce o wymiarach 10 na 10 na 10 centymetrów.

I już - jak rozumiem - były testowane, przeszły już certyfikację do tego, żeby mogły lecieć na Międzynarodową Stację Kosmiczną...

Tak, każda kostka ma narzucony szereg wymagań i testów do wykonania. LeopardISS przeszedł już wszystkie testy pomyślnie. Główny test, taki sprawdzający, czy jesteśmy kompatybilni z Międzynarodową Stację Kosmiczną, był przeprowadzony już dobry czas temu i wszystkie testy przeszliśmy pomyślnie.

Jak długo to trwało? Ile czasu trzeba było nad tym spędzić i gdzie dokładnie te testy się odbywały?

Sam projekt rozpoczął się w listopadzie zeszłego roku, a testy w Belgii mieliśmy przeprowadzone na początku listopada.

I w tej chwili, jak rozumiem, ta jednostka jest już zapakowana i czeka na to, kiedy misja będzie realizowana.

Tak, Leoparda ISS wysyłaliśmy już do Turynu, gdzie obecnie przebywa i czeka na to, aż przejedzie dalszą drogę. Później już tylko wystrzał na orbitę i będziemy mogli zacząć działać.

O tym, co Leopard tak naprawdę potrafi i co może robić, będziemy jeszcze chwilę mówić, bo chciałbym pana nieco później zapytać o to, co się dzieje z misją Intuition-1. Ona już trwa ponad rok i pewne wyniki poznaliśmy. W każdym razie zacznijmy od tej podstawowej informacji, o której nam pan powiedział, że to jest jednostka, która może realizować zadania wykorzystujące techniki sztucznej inteligencji. Jakiego typu zadania państwo proponujecie podczas tej misji?

Podczas tej misji LeopardISS ma pełnić funkcję platformy do przeprowadzania eksperymentów, do testowania algorytmów sztucznej inteligencji, których nie my uczyliśmy, tylko umożliwiamy naszym klientom, uczelniom czy nawet studentom uruchomienie tych algorytmów na naszej platformie. Po tym, jak ona znajdzie się na orbicie, nasi klienci będą mogli się pochwalić tym, że uzyskali tak zwany "flight heritage", że ich algorytmy były pomyślnie uruchamiane na orbicie. I jaka jest tego wartość dodana? Taka, że przede wszystkim można wyszukać jakieś błędy w oprogramowaniu i dalej doskonalić te algorytmy jako krok pomiędzy testowaniem algorytmów na Ziemi i jako już zaimplementowaniem algorytmów na satelicie w warunkach prawdziwie kosmicznych.

Dawniej to tak było, że komputery zanim trafiły na orbitę w warunki większego promieniowania, to tak naprawdę musiało upłynąć wiele czasu i to były komputery niższych generacji, czasem zdecydowanie wcześniejsze procesory. Jak to jest w przypadku Leoparda? On jest dość dobrze zabezpieczony przed skutkami promieniowania i tych innych czynników, które w przestrzeni kosmicznej, w tamtym środowisku mogą mu zaszkodzić.

Tak, Leopard i cały satelita Intuition-1 jest już na orbicie. Od ponad roku nie zaobserwowaliśmy żadnych problemów wynikających z radiacji i z tego, jakie warunki środowiskowe są na orbicie. To jest dużym zagrożeniem dla misji satelitarnych, ale my to mitygujemy w ten sposób, że wprowadza się tzw. hardening, czyli naszą elektronikę dodatkowo zabezpiecza się przed działaniem właśnie tych jonów, tych ciężkich cząstek naładowanych, które mogłyby w jakiś sposób doprowadzić do tak zwanych "single event" efektów i po prostu propagować jakieś problemy, gdzieś tam w systemie, prowadząc np. do jakichś restartów czy nawet uszkodzenia jakichś części w elektronice. My to mitygujemy i metody te są skuteczne, bo nic się nie wydarzyło przez ponad rok.

Wspominał pan o tym, że chcecie umożliwiać wykorzystanie pewnych algorytmów swoim klientom. One zostaną uruchomione na orbicie. No, ale ponieważ jednostka pracuje przynajmniej przez ponad rok tej misji, w której taka jednostka już jest na orbicie bez zarzutu, czy spodziewacie się Państwo, że coś może faktycznie pracować inaczej tam, niż by pracowało na Ziemi? Czy są jakieś inne niebezpieczeństwa, które mogą tam temu projektowi grozić?

Myślę, że nasza jednostka jest na tyle zwalidowana, że gdyby miały być jakieś problemy, to musiałaby być poziom niżej, albo w samym ICE Cubes Facility, albo po prostu z uwagi na to, że mogą być przeprowadzone jakieś inne, może ważniejsze projekty dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, przez co moglibyśmy np. stracić kontakt z naszą kostką, bo mogliby zdecydować, że trzeba przekierować prąd na inne eksperymenty. Ale jeśli chodzi o problemy wynikające z samej naszej konstrukcji, to niebezpieczeństwa są mniejsze niż w misji Intuition-1, więc nie spodziewamy się żadnych niebezpiecznych sytuacji jeśli chodzi o kostkę.

No ona tutaj będzie w dużo bardziej komfortowych warunkach. Tam jest w małym satelicie, który się sam porusza, tu w gigantycznym obiekcie, wewnątrz modułu badawczego, który też jest w zdecydowanie lepszy sposób chroniony, bo to przecież jest moduł, w którym też pracują ludzie. Więc z tego punktu widzenia faktycznie - tak jak pan mówi - tu te warunki będą bardziej komfortowe. Z drugiej strony pracuje jednak cała stacja kosmiczna. Jak państwo będziecie mieli rozwiązane to zagadnienie komunikacji z Ziemią, tzn. przez jaki czas będziecie mieli dostęp do tej aparatury, czy to będzie dostęp nieprzerwany, czy w jakichś godzinach, czy w jakichś przedziałach czasowych?

Generalnie jesteśmy dość elastyczni pod względem tego, kiedy chcemy mieć sesje komunikacyjne, ale są pewne restrykcje, jakie narzuca na nas czy to samo ICE Cubes Facility, czy to Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. Ponieważ na wszystkie eksperymenty, które znajdują się w tej szufladzie, gdzie my jesteśmy, jest ograniczony limit przesyłu danych, limit przepustowości i po prostu musimy się dostosować do tego, że wszystkie eksperymenty dzielą ten jeden budżet. My tutaj, jak mówię, byliśmy dość elastyczni, ponieważ większość tak naprawdę operacji będzie wykonywanych poza sesją komunikacyjną, ponieważ my w trakcie sesji komunikacyjnych będziemy wydawać polecenia, co Leopard ma zrobić. Więc tak naprawdę przetwarzanie danych będzie się wykonywało, kiedy my nie będziemy patrzeć, a później będziemy uzyskiwać tylko wyniki tego przetwarzania danych, co nie będzie aż tak wymagające dla przepustowości łącza. Więc tu nie mamy większych wymagań.

Proszę mi powiedzieć, jaki będzie udział Sławosza Uznańskiego w tej misji? Bo jako astronauta poleci tam osobiście, zamontuje to urządzenie, będzie w jakiś sposób mógł je doglądać. Jaki tu będzie czynnik ludzki w całej tej operacji?

Jak już nam się uda dostać na Międzynarodową Stację Kosmiczną, to tak naprawdę najważniejszym zadaniem z naszej perspektywy oczywiście jest to, że zostaniemy podpięci do tego portu w ICE Cubes Facility i to będzie już wystarczające do tego, żeby mógł przez naszą kostkę przepływać prąd, żebyśmy mogli przesyłać dane, żeby komunikacja mogła dalej funkcjonować. Dalsza ingerencja ze strony naszego polskiego astronauty nie jest tak naprawdę potrzebna. To jest jedyny wymóg, że musimy zostać wpięci.

A co po zakończeniu misji? Zabierze tę kostkę ze sobą na Ziemię?

Nie. Kostka tak naprawdę pozostanie w trybie operacyjnym przez ponad pół roku i przez ten cały czas będziemy odtwarzać różne aplikacje. Pierwszą aplikacją, którą mamy w planach uruchomić, jest aplikacja Politechniki Poznańskiej, która ma na celu tak naprawdę na podstawie obrazów wykonanych przez łazik księżycowy, zbudować trajektorię poruszania się tego łazika po nierównej powierzchni i w dalszym kroku na podstawie tej trajektorii i tych zdjęć i tego field of view tego łazika będzie odwzorowane topografia powierzchni całego obszaru dookoła tego łazika. I to będzie taka pierwsza aplikacja, którą odtworzymy i później przez następne pół roku będą kolejne aplikacje. A co się stanie później? To tak naprawdę nie jest jeszcze zdecydowane. Możliwe, że trafimy do przestrzeni kosmicznej, a możliwe, że po prostu uda się sprowadzić tę kostkę na Ziemię. Ale tutaj też byliśmy dość elastyczni pod tym względem.

Traficie państwo do przestrzeni kosmicznej, czyli co? Nie zostaniecie po prostu wyrzuceni za okno?

Tutaj dowiemy się tego za jakiś czas.

Jak rozumiem, gdyby była misja, która np. wraca na Ziemię, ale spala się w atmosferze, nie ląduje, to rozumiem, że to byłoby takie honorowe wyjście. Ale oczywiście jeżeli byłaby możliwość jej przywiezienia i to byłoby bardzo cenne, bo z takim satelitą jak Intuition-1 to jest niemożliwe.

Niestety nie. Intuition-1 po jakimś czasie po prostu spali się w atmosferze. Ale mamy do tego jeszcze dość dużo czasu.

Mówi pan o tym, że misja Leopard będzie trwała co najmniej pół roku, nie ogranicza się do tych dwóch tygodni, kiedy na stacji planowany jest pobyt naszego astronauty. Czy w związku z tym cały czas tej misji dla Leoparda ISS jest już zarezerwowany? Czy jest jeszcze taka możliwość, że będzie można te dodatkowe eksperymenty państwu zaproponować i one będą mogły być jeszcze realizowane przez ten czas?

Cały czas jest możliwość kontaktowania się z nami w sprawie eksperymentów. Ten cały czas nie jest jeszcze zarezerwowany w pełni, więc tutaj jeśli ktoś ma jakiś ciekawy pomysł, to warto się zgłaszać.

To proszę mi powiedzieć coś więcej właśnie o misji Intuition-1. Widzieliśmy zdjęcia, po roku pracy satelity. Państwo je opublikowaliście. Z tego, co pan mówił, pracuje znakomicie. Nic się złego nie dzieje. Ta jednostka między innymi ma się zajmować wykorzystaniem sztucznej inteligencji do odsiewania danych, tzn. żeby obrazy wykonywane za pomocą kamery hiperspektralnej nie w całości musiały trafiać na Ziemię, tylko wybierane było to, co najważniejsze. Tak jak rozumiem tę misję. Czy to się realizuje, czy to wszystko przebiega w porządku, tak jak państwo oczekiwali?

Tak. Może dodając background, Intuition-1 jest to satelita oczywiście obserwacyjny. Z celem obserwacji Ziemi ma instrument optyczny w postaci kamery hiperspektralnej i tak, jak mówiłem, na jego pokładzie jest również Leopard do przetwarzania danych. Generalnie chodzi o to, że Leopard potrafi nanieść na wykonane zdjęcie hiperspektralne maskę chmur i jeśli to pokrycie chmur jest duże na zdjęciu, to z tego zdjęcia tak naprawdę zazwyczaj nie da się nic odczytać, więc zdjęcie to bardzo mocno traci na wartości. I możemy zdecydować, że jeśli pokrycie chmur jest powyżej jakiegoś stopnia, to możemy te zdjęcia po prostu usuwać z dysku i aparat będzie to robił sam. Natomiast jeśli zdjęcie jest mało zachmurzone, w dość dobrej jakości, to możemy iść krok dalej. Możemy na tym zdjęciu odszukać pewne klasy obiektów. Też dzieje się to automatycznie, np. możemy odnaleźć na tym zdjęciu, gdzie jest jakaś wegetacja, jaka forma wegetacji, czy są drogi, czy jest jakaś odkryta gleba. 

Zdjęcie może zostać w pewien sposób posegmentowane na takie puzzle i dalej może nastąpić też kompresja tych zdjęć, przez co zdjęcie traci niesamowicie na wielkości i na wadze. I takie zdjęcie można dużo łatwiej przesłać na Ziemię. Przez ten rok dobijamy już prawie 2,5 tysięcy sesji komunikacyjnych. Ale te sesje komunikacyjne to są małe okna, tak naprawdę trwające po kilkanaście minut, w związku z czym ten czas trzeba jak najlepiej zagospodarować. Wysyłanie takich surowych zdjęć zajęłoby niemożliwie dużo czasu. A przez to, że te przetwarzanie danych dzieje się na orbicie, to możemy bardzo mocno zredukować liczbę potrzebnych sesji komunikacyjnych, żeby wysłać te nasze obrazy. Co do tego, jak to nam wychodzi, to wychodzi bardzo dobrze. Intuition-1 cały czas działa. Wykonuję codziennie sesje. Mamy kilkanaście sesji dziennie. Co mogę jeszcze dodać? Intuition-1 przede wszystkim, jako pierwszy cel miał być demonstracją naszej technologii i to zadanie zostało spełnione. Leopard pokazał, że osiągnął najwyższy stopień gotowości technologicznej.

Przed startem. Pamiętam, rozmawialiśmy na ten temat, państwo mówiliście, nie bezpośrednio z panem, ale rozmawialiśmy i państwo mówiliście, że może 3 lata, może nawet 5 lat potrwa misja Intuition-1. Czy po upływie tego roku, jak rozumiem, bardzo pomyślnej pracy tego urządzenia i satelity, te prognozy na temat jego trwałości są bardziej optymistyczne? Mniej? Jak pan to ocenia?

Nie pamiętam, żebyśmy mówili o pięciu latach, ale nie będę mówił, że tak nie było. Na pewno możemy się spodziewać, że przyszły rok jeszcze cały przeleci i zahaczymy na pewno jeszcze o 2026 z sesjami komunikacyjnymi, ale dalej jest to dość mocno zależne od cyklu słonecznego i nie prowadziłem takiej analizy w ostatnim czasie, ale z naszych obliczeń wychodzi, że na pewno dwa i pół roku na orbicie powinien być.

Cykl słoneczny jest o tyle istotny, że tak naprawdę decyduje o tym, w którym miejscu satelita zacznie zahaczać o atmosferę i po prostu zacznie spadać. Tak?

Tak jest.

Dziękuję bardzo. Dziękuję serdecznie. Pasjonująca historia i jak rozumiem, to jest historia, która się dzieje na naszych oczach od początku misji Intuition-1. Teraz kolejna misja. No to tylko życzymy, żeby się wszystko znakomicie udawało i jak rozumiem, mamy szansę na to, że będziemy mogli porozmawiać już bliżej momentu, kiedy ta misja się rozpocznie. Bardzo serdecznie dziękuję.

Również bardzo dziękuję.