Polskie satelity lecą ze SpaceX na orbitę

Satelity STORK-7 wrocławskiej firmy SatRev i Intuition-1 gliwickiej firmy KP Labs są w grupie 113 mikro i nanosatelitów, które na pokładzie rakiety Falcon 9 firmy SpaceX poleciały dziś na orbitę. Kilkakrotnie przekładany start z Vandenberg Space Force Base w Kalifornii zaplanowano na wieczór polskiego czasu. 55-minutowe okno startowe otwiera się o 19:49. Satelity trafiły na tak zwaną orbitę heliosynchroniczną. To już czwarta tego typu misja realizowana przez Space X w tym roku. O polskich satelitach rozmawiamy z Piotrem Wrońskim z firmy SatRev i dr Martyną Gatkowską z KP Labs.

Satelita STORK-7 firmy SatRev ma dla Sułtanatu Omanu wykonywać zadania obserwacyjne. Na pokładzie będzie miał też eksperymentalne perowskitowe baterie słoneczne polskiej firmy Saule Technologies, których działanie po raz pierwszy będzie testowane na orbicie. O misji STORK-7 Grzegorz Jasiński rozmawiał z Piotrem Wrońskim z firmy SatRev.

Grzegorz Jasiński: Ile ostatecznie satelitów wysyłacie państwo teraz z tą misją Transporter 9? Bo były różne informacje.

Piotr Wroński (SatRev): W tym momencie z misją Transporter 9 z firmą SpaceX wysyłamy jednego satelitę. Jest to misja dla Omanu połączona z satelitą Stork-7, na pokładzie którego leci również nasz klient Saule Technologies i ich własny ładunek mierzący promieniowanie słoneczne na ich ogniwach perowskitowych.

Najpierw proszę opowiedzieć o tym, na jaką orbitę wysyłany jest ten satelita i cała zresztą ta olbrzymia, kilkudziesięciopozycyjna grupa satelitów. Orbita heliosynchroniczna. Co to oznacza?

My nazywamy to akronimem w pracy SSO, Sun Synchronous Orbit. Oznacza to, że satelita przelatując nad Ziemią znajduje się mniej więcej cały czas w tym miejscu, w którym znajdowałoby się Słońce. Jest w stanie po prostu wykonywać zdjęcia na obszarze dobrze oświetlonym przez Słońce, dlatego jest to dla nas domyślna orbita.

Czyli staracie się państwo być nad każdym rejonem Ziemi dokładnie w południe. Tu czas letni nie obowiązuje?

Mamy jeden czas, na szczęście.

Proszę powiedzieć czym ten satelita będzie się zajmował najpierw z punktu widzenia kraju, który go zamówił, z Omanu? Co będzie obserwował? W jakim celu?

Tutaj tyle, ile jestem w stanie powiedzieć, to to, że głównym zadaniem tego satelity jest dostarczenie obrazowania dla Sułtanatu Omanu. Głównie oczywiście znad Omanu, znad granic, znad obszarów, które są dla nich interesujące ze względów surowcowych przede wszystkim. Chodzi również o obserwowanie wybrzeża. I jest to również misja pokazująca współpracę między naszymi krajami, ale też firmą i tym krajem, otwierając możliwość dalszej współpracy, większej liczby satelitów, jak również rozbudowę infrastruktury kosmicznej.

Z jakimi zdolnościami tego satelity ta misja się wiąże? Czym on się tak naprawdę zajmuje tam, wysoko na orbicie?

Głównym zadaniem tego satelity jest wykonywanie zdjęć danego obszaru o rozdzielczości 5,8 metra GSR (Ground Sampling Resolution).

W jakim zakresie promieniowania? To jest promieniowanie widzialne?

To jest w promieniowaniu widzialnym i bliskiej podczerwieni. Satelita jest wyposażony w naszą kamerę Vision 300, która właśnie pokrywa te dwa obszary.

Bo każdy z nich, jak rozumiem, pozwala zobaczyć nieco inne elementy tej powierzchni...

Tak jest. To jest tak, że zdjęcia w zakresie widzialnym są bardziej dostosowane dla infrastruktury, a w zakresie bliskiej podczerwieni są bardziej do zastosowań rolniczo-terenowych.

Czyli co można zobaczyć? Lesistość terenu? Wilgotność? Jakie parametry państwo pokazujecie?

Tutaj wprost mówiąc wilgotność to jest ten najbliższy temat, który można w jakiś sposób przeanalizować i wydaje mi się, że również jest to kwestia rozwoju danego obszaru pod względem wzrostu danej roślinności.

Proszę mi teraz powiedzieć o tym drugim elemencie, który nas oczywiście bardzo interesuje, bo to jest pierwsza próba wyniesienia i wykorzystania na orbicie ogniw perowskitowych polskiej firmy Saule Technologies. I pierwsze pytanie, skoro to jest próba, to czy państwo macie rezerwowe baterie słoneczne klasyczne, gdyby te nie zadziałały?

Naturalnie. Satelita zabiera ze sobą eksperyment Saule w formie tzw. "Hosted Payload Mission". Oprócz standardowej struktury satelity, wyposażonej w kamerę, własne panele słoneczne i system baterii, umieszczamy dodatkowy ładunek z ogniwami perowskitowymi. Te ogniwia będą mierzyć napięcie na orbicie, stanowiąc pierwszą tego typu demonstrację. To przełomowe wydarzenie nie tylko dla samego materiału, firmy Saule i nas, ale także dla całej konstrukcji satelity, stanowiąc kolejny krok naprzód. Co więcej, również tak samo jak w przypadku Omanu, to pokazuje i bada możliwości współpracy między naszymi firmami, ponieważ mamy nadzieję na dalszą współpracę z firmą Saule właśnie po to, żeby mogli dostarczać nam swoje ogniwa jako te główne, już na satelitach, żebyśmy mogli rozwijać się w tym kierunku. Wszystkie badania do tej pory i również informacje udzielane nam przez Saule, wskazują na to, że te ogniwa są na orbicie preferowane. To dlatego, że są elastyczne, więc można je zwijać, a jak wiemy w przypadku satelitów przestrzeń jest bardzo ważna, więc zwinięcie takich paneli pozwoli, że będziemy mogli mieć już na orbicie dużo większą powierzchnię ogniw.

Czy w związku z tym, w tej misji te ogniwa perowskitowe państwa satelity zasilać nie będą? Czy jest możliwość przełączenia się z jednych na drugie? Czy to byłoby za duże ryzyko?

W tym momencie nie będą one zasilać naszego satelity. To, tak jak wspomniałem, będzie głównie misja demonstracyjna dla ładunku.

Żeby sobie to wyobrazić... Mikrosatelity to jest taka jakby wielokrotność pudełka na buty.

Zacznę może inaczej. Mikrosatelity, a właściwie nanosatelity, dostarczamy w tak zwanym standardzie CubeSat, czyli kostka. Bierze się to z tego, że podstawową jednostką jest tzw. unit (jednostka). Ten unit ma wielkość 10 na 10 na 10 centymetrów oraz wagę około 1,33 kilograma. I następnie składamy naszego STORKA. Składamy w cudzysłowie, bo on jest jednolitą bryłą, natomiast składamy naszego STORKA z trzech takich kostek. Mówimy, że to jest "trzyunitowy" satelita. Ma on wymiary 30 na 10 na 10 centymetrów i wagę niewiele ponad czterech kilogramów.

Moje pytanie teraz zmierza do tego, jaką część tej masy i objętości zajmuje właśnie eksperyment perowskitowy? Gdzie się tam udało zwinąć te ogniwa?

W tym momencie eksperyment perowskitowy zajmuje około połowy unita. Mamy przygotowane w naszym satelicie w tym momencie trzy miejsca dla misji klienckich. Każdy zajmuje po ćwierć unita, dwie z nich zajmuje misji firmy Saule. Akurat na pokładzie tego satelity.

Jak się mają satelity, które wcześniej państwo wysłaliście na orbitę? Bo jak rozumiem monitorujecie je. Działają? Pracują? Jak się tam sprawują?

Każdy z naszych satelitów jest nieco inny, i w tej kwestii musiałbym skierować pytanie do całego zespołu operacji misji, który nadzoruje ich funkcjonowanie. Mogę jednak powiedzieć, że kiedy wchodzę do firmy, zauważam ogromne ekrany, na których satelity krążą i poruszają się wokół Ziemi. Na przykład jeden z pierwszych satelitów, AMICal Sat, wysłany we współpracy z CSUG (Centre Spatial Universitaire de Grenoble), miał za zadanie testować połączenia i komunikację. Ten satelita nadal krąży wokół Ziemi i utrzymujemy z nim łączność. Nawet otrzymujemy informacje, że komunikacja z nim jest nadal aktywna. Wierzę, że wszystkie nasze satelity, w tym STORKI z każdym kolejnym numerem, można łatwo sprawdzić online, zobaczyć, gdzie się znajdują, jaki jest ich aktualny status, a wszystkie informacje są publicznie dostępne.

Proszę mi jeszcze na koniec powiedzieć: państwo dajecie gwarancję minimalnego czasu użytkowania takiego satelity? To jest tak obliczone? Oczywiście im dłużej, tym lepiej. Ale czy jest jakiś minimalny czas?

Domyślny czas życia satelity na orbicie wynosi zazwyczaj między dwoma a trzema latami. Jest to spowodowane zasadami dynamiki ruchu satelity, który, poruszając się na niskiej orbicie okołoziemskiej, około 500 kilometrów nad powierzchnią Ziemi, w ciągu tych dwóch do trzech lat naturalnie spada i ulega spaleniu w atmosferze. W tej chwili pracujemy również nad większymi satelitami, o rozmiarze 16 jednostek (16U), wyposażonymi w napęd, co umożliwi im utrzymanie się na orbicie nawet do pięciu lat. To szczególnie interesujące w przypadku nanosatelitów i mikrosatelitów, ponieważ te dwa, trzy lata, aż do pięciu lat, pozwalają na znaczący postęp technologiczny. Zamiast kosztownie przedłużać żywotność satelitów i zwiększać ich odporność na warunki kosmiczne, możemy po prostu wysłać kolejny satelitę, wyposażony w nowocześniejszą technologię.

Intuition-1 gliwickiej firmy KP Labs ma z pomocą tzw. kamery hiperspektralnej prowadzić obserwacje terenu, przydatne miedzy innymi w rolnictwie, do analizy stanu gleby i roślin. Ale kluczowym elementem misji jest komputer Leopard, jednostka przetwarzania danych, która pozwoli wykorzystać sztuczną inteligencję do wstępnej analizy obrazu już na orbicie, znacznie zmniejszając ilość danych przesyłanych na Ziemię. O tej wyjątkowej jednostce rozmawiamy z dr Martyną Gatkowską z KP Labs...

Grzegorz Jasiński: Dlaczego państwa misja nazywa się Intuition-1? Rozumiem, że jest pierwsza, ale dlaczego Intuition?

Doktor Martyna Gatkowska (KP Labs): Przyznam szczerze, że nie znam dokładnie powodów, dlaczego taka nazwa powstała. Natomiast zawsze kiedy słyszę Intuition, to myślę sobie, że satelity powinny być intuicyjne i powinny dostarczać danych, które pomagają nam w takich intuicyjnych działaniach, więc myślę, że mógłby to pochodzić od tego. Jest to niewątpliwie misja niezwykle nowoczesna, więc myślę, że to Intuition to też być może taki sygnał, że ta intuicja jest po prostu cennym faktorem w naszym życiu i działaniach satelitarnych. A Intuition-1 to niewątpliwie jeden z najlepszych przykładów tej idei "new space", o której wszyscy w naszym sektorze mówią.

Bo państwo tak trochę chcecie wysłać sztuczną inteligencję na orbitę i sprawdzić, czy ona sobie tam radzi i czy jakoś będzie potrafiła uzasadnić tam swoją obecność. To jest tak naprawdę misja, jak zrozumiałem, w której najważniejszy jest komputer i potwierdzenie tego, że ten komputer będzie wykonywał pewne konkretne rzeczy. Czy to znaczy, że dane zbierane w tej misji będą mniej ważne?

Dane oczywiście będą niezwykle ważne dla użytkowników, ale dla nas jako firmy najważniejsze jest to, żeby dostarczyć dowodu, że ta jednostka, którą wyślemy - jest to jednostka przetwarzania danych, czyli Data Processing Unit - faktycznie będzie w stanie wykonywać samodzielnie procesy, które normalnie byłyby wykonywane, żmudnie na poziomie Ziemi. Czyli możemy sobie wyobrazić, że w momencie, kiedy każda inna kamera na satelicie pozyskuje dane, to wówczas jej komputer wysyła dane na Ziemię, muszą one być obrobione i wówczas dostajemy informację, na przykład o jakimś zagrożeniu. Albo w przypadku rolnictwa mamy informację, że trzeba nawieźć, czy obsiać pole. W przypadku tego algorytmu to jest wciąż jednostka przetwarzania danych, wyposażona przez naszych ekspertów w te algorytmy sztucznej inteligencji, które pozwolą na to, aby już tę obróbkę danych zrobić na orbicie. W związku z czym dużo mniej danych będzie musiało być przesłane na Ziemię. Będzie to dużo szybsze i pewne reakcje, bo to o te reakcje na informacje chodzi, będą mogły być podjęte dużo szybciej. W przypadku pewnych zdarzeń to ta reakcja jest absolutnie kluczowa.

Czyli satelita nie będzie zawracał głowy ludziom na Ziemi i będzie informował o tym, co naprawdę ważne. Co to znaczy? Co tam będzie ważne, co może być ważne?

Dane hiperspektralne mają ogromną liczbę zastosowań. W naszym przypadku chcemy dostarczyć dowodu na to, że dane, które dostarczymy będą użyteczne dla detekcji zmian terenu, dla użytkowania terenu, ale przede wszystkim dla rolnictwa. Proszę sobie wyobrazić, że na podstawie naszych danych satelitarnych będzie możliwe określenie zawartości potasu, magnezu i sodu w glebie. Kiedy rozmawiam na ten temat z moją ciocią na wsi to ona patrzy na mnie wielkimi oczami. Ale prawda jest taka, że do tej pory te same pomiary robimy sondą naziemną w konkretnych punktach. W tym przypadku dostajemy informację przestrzenną, pokrywamy całe pole w parę sekund, jesteśmy w stanie te dane uzyskać. Przez to, że mamy 150 kanałów spektralnych to mamy ogromną liczbę możliwości badania takich parametrów, jak zanieczyszczenie wód, wycieki metanu, zmiany użytkowania terenu, o których wcześniej mówiłam, wykwity alg. Wszystko to, co wymaga bardzo precyzyjnego spojrzenia satelity, dużo lepszego niż oko. Pamiętajmy, że satelita widzi dużo więcej niż oko ludzkie, więc jeżeli my jesteśmy w stanie coś dostrzec wizualnie, satelita zrobi to dużo lepiej, dużo szybciej i dla znacznie większego obszaru.

Tutaj rozdzielczość nie jest tak istotna jak właśnie ta hiperspektralność, więc powiedzmy co to oznacza, jak szerokie jest to spektrum, które państwo obserwujecie.

Obserwujemy wszystko w 150 kanałach. Dla przykładu satelita Sentinel 2, czyli flagowiec Europejskiej Agencji Kosmicznej, europejskiej NASA, pozyskuje dane w 13 kanałach i mówimy, że jest to już fantastyczny efekt. Jesteśmy w stanie patrzeć na dany obiekt w 13 różnych spektrach, dostrzegać jakieś delikatne zmiany. Dla przykładu tylko powiem, bo mój zakres, moje doświadczenie naukowe to rolnictwo. Jeżeli roślina zaczyna na przykład mieć jakieś choroby, czy też jest pod wpływem suszy, wizualnie zobaczymy po jakimś czasie, ale zmiany komórkowe w niej zachodzące i emisja, czy odbicie widma, spektrum będzie już zmienione. Oko tego nie zauważy, ale satelita to uchwyci. W przypadku naszego satelity, w 150 kanałach. Któryś z tych kanałów na 100 proc. wyłapie tę zmianę. Jeżeli nie ten, to drugi. Kanały są bardzo wąskie, co jest bardzo istotne. Powiem dla przykładu, że te makroelementy w glebie, ich możliwość wykrycia, polega właśnie na tym, że one będą odbijały, bądź emitowały promieniowanie w bardzo wąskich zakresach. Jeśli mamy 13 zakresów, one są szerokie, to nie wychwycimy tego. Sentinel 2 prawdopodobnie tego nie wychwyci. Jak mamy 150 kanałów, na 100 procent któryś z tych kanałów to wychwyci coś innego i tak właśnie budowane są wszelkie algorytmy. Stąd ta rozdzielczość przestrzenna, 25 metrów brzmi słabo w porównaniu z 1 czy 5 metrami, bo mamy piksel 25 na 25 metrów i z tego zbierana jest jedna informacja. Ale w przypadku rolnictwa, w którym najczęściej nasza próba wynosi jedną na 4 hektary, to możemy wyobrazić sobie, że tych prób będziemy mieli znacznie więcej, znacznie szybciej i finalnie znacznie taniej.

Rozumiem. Czyli raczej nie ogródki działkowe, raczej nie ogrody przydomowe, raczej po prostu pola i to takich raczej zamożniejszych gospodarzy.

Rolnictwo precyzyjne, aczkolwiek przyznam szczerze, że od lat troszkę obalam ten mit danych satelitarnych dla rolników. W mojej ocenie każdy kto ma pole co najmniej 2, 3, 4, 5 hektarowe, może z tego korzystać. Oczywiście będzie to bardziej opłacalne dla dużych. Dlatego, że monitorowanie naziemne jest dużo droższe i wręcz czasami niemożliwe. W naszym przypadku satelita będzie latał zawsze i niezależnie od tego jaka będzie sytuacja, pomijając pogodę, będzie w stanie te obrazowania robić. I będziemy również mogli robić wieloczasową obserwację zmian, wszelkich rzeczy, które się dzieją na danym obiekcie. Nie wspomniałem oczywiście o wszelkich katastrofach, których efekty będziemy natychmiast w stanie wychwycić, właśnie dzięki dwóm obrazom wykonanym w krótkim czasie.

W obiektywie tej sondy będzie cała powierzchnia Ziemi?

Tak, on będzie miał możliwość monitorowania całej Ziemi, aczkolwiek będzie on sterowany tam, gdzie będzie to potrzebne. Takie satelity, jak Intuition-1, które nie krążą wokół całej Ziemi przez cały czas, są sterowane, czyli w momencie kiedy będzie potrzeba nad danym obszarem zrobić obraz, to on ten obraz wykona. Pojawi się do 50 razy nad danym obszarem w ciągu roku, więc właściwie do wszystkich zastosowań jest to możliwe, a w przypadku takich zdarzeń losowych czy katastrofalnych faktycznie można go wysterować, żeby poleciał nad dane miejsce i wykonał obraz satelitarny.

Zapytam jeszcze o ten komputer, bo do niedawna mówiło się tak, że wysłanie komputera na orbitę to jest problem ze względu na promieniowanie, zabezpieczenie. To kiedyś było tak, że latały komputery wręcz parę generacji wcześniejsze, które dopiero dawało się zabezpieczyć. Jak to teraz jest? Państwa komputer jest taki malutki, bardzo dużo potrafi, ma gigantyczną liczbę operacji. Jak jest zabezpieczony? Czy weszliśmy w jakiś nowy etap technologii, która to umożliwia?

Tak, zdecydowanie tak. Oczywiście on absolutnie musi być odporny na wszelkie promieniowania, z którymi będzie miał styczność w kosmosie. Technologia absolutnie poszła do przodu i to właśnie jest jeden z kluczowych elementów tego, co robimy w KP Labs. Mamy naszych inżynierów, mechaników, elektroników, którzy tym się zajmują i którzy tak projektują te sprzęty, aby one były zgodne z trendem tej miniaturyzacji, wszystko musi być teraz malutkie, żeby było tanie itd., ale oczywiście muszą być teraz super odporne. No i to, że on teraz poleci i zdobędzie ten "flight heritage", ten dowód, że był w kosmosie, jest ważne z dwóch względów. Po pierwsze pokaże, że faktycznie jest w stanie wykonać tam 3 teraoperacje na sekundę, ale z drugiej strony, że nic się mu tam po prostu nie stało. Ale oczywiście po to są testy. Taki satelita, tak naprawdę od roku już był w okresie testowania, weryfikacji i integracji wszelkich testów po to, aby mieć pewność, że jak już go wyślemy, to będzie sukces.

Ile ma działać tak naprawdę, żeby państwa nadzieje się spełniły i jego możliwe zastosowania przyniosły efekt, który będzie satysfakcjonujący?

Myślę, że 3 lata było wystarczające. Liczymy, że będzie to 5 lat. Projektujemy tak elektronikę, aby faktycznie ona była jak najbardziej efektywna, żeby miała ten czas jak największy. Zwłaszcza, że to też jest istotne, że w tej chwili trendy są takie, aby wydłużać tę misję, albo po jej zakończeniu misję przerywać i ją niszczyć, albo spadać na ziemię. W związku z tym nam również zależy, aby on działał najdłużej, żeby tam po prostu orbity nie zaśmiecać.

A co dalej? Czy państwo przygotowujecie jakiś kolejny projekt takiego samodzielnego satelity, czy już liczycie, że efekty będą tak piorunujące, że będziecie się już przyklejać, jako ten moduł komputerowy do innych, być może większych, bardziej spektakularnych misji?

Tak, zdecydowanie. Myślę, że na pewno będą jeszcze przed nami jakieś misje satelitarne, ale było to ogromne przedsięwzięcie, które trochę nas też odsuwało od tego głównego celu, jakim są właśnie jednostki przetwarzania danych na orbicie, jak również komputery pokładowe i algorytmy. Więc to jest nasz główny fokus i jeżeli wszystko pójdzie zgodnie z planem, to myślę, że wiele kontraktów czeka w tej chwili na to, żeby mieć do tego dostęp. Ale jednocześnie też wspominam o tym, że nasze komputery i nasze jednostki przetwarzania danych są w tej chwili również dostępne zdalnie dla każdego, dla każdej firmy na świecie poprzez Smart Mission Lab. W związku z czym dla nas bardzo istotne jest to, aby bardziej iść w kierunku autonomizacji misji, czyli po prostu sprzedaży naszych produktów, budowy nowych. Nasi inżynierowie są ogromnymi specjalistami, ale też pasjonatami w swoich dziedzinach, więc zawsze szukają nowych rozwiązań, aby po prostu budować coraz lepsze, coraz szybsze, coraz bardziej bezpieczne i efektywne systemy. Dla przykładu powiem, że w tej chwili budują nową termikę takiej jednostki, która ma służyć temu, aby wypłaszczać amplitudę i przedłużyć żywotność. Żywotność jest tutaj bardzo istotnym aspektem, bo będzie oczywiście pozytywnie wpływała na misje. Bo ta elektronika działa bardzo intensywnie, na poziomie 3 TOPS, a potem następuje następuje ochłodzenie i ta amplituda jest bardzo niebezpieczna dla sprzętu. W związku z czym bardzo ważne jest to, aby takie właśnie elementy brać pod uwagę i żeby sprzedawać sprzęty, które są naprawdę najwyższej jakości. W tej chwili porównywalnych firm do nas, czy produktów w świecie jest dosłownie tyle, co na palcach jednej dłoni. Więc musimy bardzo mocno pracować, aby utrzymać się w czołówce.

To jeszcze ostatnie pytanie. Księżyc? Mars? Jakieś szanse? Pomysły?

Absolutnie. Księżyc to jest też absolutny cel. To taka długofalowa strategia. Ale między innymi te systemy autonomiczne, które budujemy, są budowane również pod kątem właśnie montowania na Księżycu. I ta kamera hiperspektralna, którą tutaj pokazujemy, i ta jednostka przetwarzania danych może być również zamontowana na łaziku. Mieliśmy taki projekt, na razie on nie otrzymał finansowania, ale wierzymy, że się uda, żeby właśnie zbudować lądownik i łazika na Księżyc, a wówczas nasze systemy i nasze hardware jest tutaj absolutnie bardzo użyteczne. Pracujemy z kolegami geologami po to, żeby wykrywać minerały. Znowu ta hiperspektria ma tu ogromne zastosowanie. A pewnie pan słyszał, ale warto o tym powiedzieć, że nasz Leopard poleci również na Międzynarodową Stację Kosmiczną, jesteśmy wybrani do misji, więc jesteśmy ogromnie szczęśliwi, że Leopard zdobywa tak dużą popularność. I naprawdę myślę, że mamy dużą szansę na to, żeby nasza polska firma, nasi polscy specjaliści naprawdę byli bardzo rozpoznawani na świecie.