Kosmiczne projekty trzech firm ze Śląska

Efekty pracy inżynierów konsorcjum wpłyną na rozwój technologii pod kątem dalszej eksploracji kosmosu, ale będą także odczuwalne na Ziemi:

• Dzięki danym przetwarzanym na pokładzie satelity Intuition-1 będzie można interpretować stan zdrowia roślin, lasów, prognozować plony czy tworzyć mapy zanieczyszczeń miast. To innowacyjny pomysł w skali już istniejących i budowanych satelitów na świecie. Projekt realizuje: KP Labs i FP Instruments.

• Dzięki algorytmom zwiększającym rozdzielczość zdjęć satelitarnych, powstającym w ramach projektu SISPARE, będzie można przedłużyć „życie” już istniejących satelitów obserwacyjnych ze starszą optyką. Projekt realizuje: Future Processing.

• Projekt AMMER pozwoli na stworzenie oprogramowania monitorującego – na podstawie zdjęć satelitarnych - zmiany związane z eutrofizacją wód śródlądowych. Obniży to ryzyko wystąpienia epidemii związanych z wodą, która jest niebezpieczna dla zdrowia. Projekt realizuje: Future Processing.

• PW-Sat2, po starcie planowanym na drugą połowę 2018 r., przetestuje technologię „żagla deorbitacyjnego”, który pozwoli na skrócenie czasu zejścia z orbity zbędnych satelitów. Projekt realizuje Politechnika Warszawska, a wspiera Future Processing i FP Instruments.

• Projekty wykorzystują sztuczną inteligencję (SI) i uczenie maszynowe do analizy danych i ich interpretacji.

• Rozwój autonomicznych sond kosmicznych i technologii robotycznych przyspieszy dalszą eksplorację kosmosu, która stanowi kolejny krok dla postępu ludzkości – to przekonanie łączy inżynierów zaangażowanych w FP Space.

KP Labs – projekt Intuition-1

Zaangażowanie KP Labs w konsorcjum FP Space jest dla mnie szczególnym momentem w życiu zawodowym. Nie mam wątpliwości, że przed nami stoją wyzwania, jakie są udziałem nielicznych na świecie. Dlaczego tak sądzę? Eksploracja kosmosu to zadanie dla ambitnych, a ja i mój zespół do takich osób należymy. Proszę te słowa potraktować również jako zaproszenie dla tych, którzy poszukują nowych wyzwań zawodowych.

Celem misji kosmicznej Intuition-1 jest przeprowadzenie obserwacji Ziemi z wykorzystaniem satelity z instrumentem hiperspektralnym i zaawansowanym przetwarzaniem danych na pokładzie opartym o głębokie sieci neuronowe. Będzie to pierwszy na świecie satelita o mocy przetwarzania pozwalającej na segmentację obrazów hiperspektralnych na orbicie.

Intuition-1 będzie satelitą klasy 6U, w kształcie prostopadłościanu o wymiarach 10x22x36 cm, a jego waga w przybliżeniu wyniesie 10 kg. Zostanie w nim umieszczona specjalistyczna kamera o wysokiej rozdzielczości spektralnej w zakresie światła widzialnego i bliskiej podczerwieni. Dzięki podzieleniu tego pasma na 150 kanałów będzie można uzyskać zdecydowanie więcej informacji w stosunku do aktualnie istniejących na rynku instrumentów.

Zwiększona liczba kanałów pozwoli na podniesienie jakości wykonywanych zdjęć satelitarnych, a segmentacja obrazów na pokładzie satelity – na skrócenie czasu reakcji na zdarzenia, które chcemy monitorować. Dane przetworzone w ten sposób znajdą zastosowanie w wielu sektorach, np.:

• rolnictwo (klasyfikacja pokrycia gruntów, prognoza plonów, mapy upraw, mapy gleb, detekcja chorób roślin, śledzenie biomasy, mapowanie chwastów),

• leśnictwo (klasyfikacja lasów, określanie gatunków i stanu zdrowia lasów, planowanie zalesiania),

• ochrona środowiska (mapy emisji zanieczyszczeń, mapy zanieczyszczeń wód i gleby, zarządzanie i analiza zagospodarowania gruntów).

Jestem osobą, która nie tylko zajmuje się planowaniem, ale również integruje rozwój świata firmware’u i hardware’u w FP Instruments (FPI). Zaangażowanie FPI w prace konsorcjum FP Space to wyzwanie, jakich próżno poszukiwać na co dzień. Skala problemów, jakie niesie ze sobą umieszczenie sprzętu elektronicznego na orbicie, jest dla nas, inżynierów, niezwykle interesująca. Jak zabezpieczyć się przed promieniowaniem elektromagnetycznym, jak zapewnić stabilność działania, gdy mamy do czynienia ze zjawiskiem zjonizowanych cząstek, które trafiając w układy pamięci komputera, mogą spowodować zmianę bitu i wartości przechowywanej w pamięci komputera zmiennej? To teraz będą nasze codzienne wyzwania, którym będziemy musieli (z radością) stawić czoło.

Satelita Intuition-1 trafi na niską orbitę okołoziemską (LEO), planowany czas wystrzelenia to 2022 rok.

Projekt realizuje: KP Labs i FP Instruments, okres realizacji: styczeń 2018 – grudzień 2023. Projekt jest dofinansowany ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.

Future Processing (FP) – projekty AMMER i SISPARE

Zawiązanie konsorcjum FP Space i udział Future Processing w projektach dla Europejskiej Agencji Kosmicznej to dla mnie spełnienie marzeń. Mało kto pamięta, że pierwszym produktem FP w roku 2000 był SkyNavigator, którego zadaniem było szukanie obiektów niegwiazdowych na obrazach nieba. Nie udało się odkryć nowej komety, ani zrobić na tym biznesu, ale dla mnie jako programisty praca nad SkyNavigatorem to było naprawdę coś. Gdy dwa lata temu zaangażowaliśmy się w projekt PW-Sat2, a teraz w konsorcjum FP Space, wróciła mi "inżynierska ekscytacja". Myślę, że to szczęście działać w IT w dzisiejszych czasach. Nie tylko w coraz większym stopniu wpływamy na otaczający nas świat, ale możemy dorzucić swój kawałek do tak ambitnych przedsięwzięć jak dalsza eksploracja kosmosu.

AMMER

Projekt AMMER (Automated Method for Measuring Eutrophication of Inland Water Using Remote Sensing) to nowe spojrzenie na wykorzystanie technologii satelitarnych do automatycznego określania jakości wody w zbiornikach wodnych. Celem projektu jest stworzenie oprogramowania, które będzie wspierać automatyzację przetwarzania zdjęć satelitarnych. Pozwoli to na efektywniejszą i tańszą niż obecnie, ocenę poziomu eutrofizacji śródlądowych wód powierzchniowych. Największe wyzwanie w projekcie stanowi opracowanie algorytmów określających stopień eutrofizacji na podstawie multispektralnych obrazów satelitarnych. Poprzez monitorowanie stanu zbiorników wodnych będzie można dostarczyć wartościowych informacji potrzebnych do nadzoru zbiorników wody zmniejszając zagrożenia związane z jej zanieczyszczeniem, co przełoży się m. in. na mniejsze ryzyko wystąpienia epidemii.

Projekt, na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej, realizuje Future Processing. Okres realizacji: styczeń 2018 – marzec 2019.

SISPARE

Projekt SISPARE (Satellite Image SPAtial Resolution Enhancement) ma na celu opracowanie rozwiązań algorytmicznych pozwalających na podnoszenie rozdzielczości obrazów satelitarnych. Fuzja informacji z wielu obrazów przedstawiających tę samą scenę pozwala na uzyskanie obrazu o wyższej rozdzielczości przestrzennej, co ma ogromne znaczenie praktyczne, zwiększając obszar zastosowań obrazów rejestrowanych przez poszczególne satelity. W ramach projektu SISPARE poddajemy istniejące metody poprawy rozdzielczości odpowiedniej walidacji eksperymentalnej z wykorzystaniem rzeczywistych obrazów satelitarnych, a ponadto dążymy do poprawy ich skuteczności poprzez odpowiednie wykorzystanie metod optymalizacji ewolucyjnej. W efekcie będziemy mogli dłużej wykorzystywać istniejące satelity, ze względu na wydłużenie czasu ich rynkowego zastosowania. Zamiast wysyłać nowego satelitę o lepszych parametrach technicznych, będziemy mogli dłużej korzystać ze zdjęć satelitarnych uzyskując z nich znacznie więcej szczegółów niż wcześniej. Ponadto zastosowanie nowych metod zwiększania rozdzielczości zdjęć będzie możliwe również w przypadku najnowszych satelitów, w celu odczytywania z obrazów większej ilości danych.

Projekt, na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej, realizuje Future Processing. Okres realizacji: styczeń 2017 – czerwiec 2018.

PW-Sat2

PW-Sat2 to projekt edukacyjny Politechniki Warszawskiej, w który zaangażowane są firmy Future Processing i FP Instruments. Ma on na celu budowę sztucznego satelity typu CubeSat 2U, którego zadaniem będzie przetestowanie innowacyjnego systemu deorbitacji w postaci żagla o powierzchni 4m², a także sprawdzenie systemu otwieranych paneli słonecznych, czujnika Słońca oraz systemu zasilania. Projekt jest prowadzony przez członków Studenckiego Koła Astronautycznego przy Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej, partnerem strategicznym budowy satelity jest Future Processing oraz FP Instruments. FP i FP Instruments są zaangażowane w projekt dostarczając rozwiązania w dziedzinie software’u i hardware’u, a wiosną 2016 roku ufundowały komputer pokładowy. Być może, dzięki PW-Sat2, przyszłe satelity, po zakończeniu swojej misji, nie będą zamieniały się w sterty niebezpiecznych śmieci.

PW-Sat2 ma kształt prostopadłościanu o wymiarach 10x10x22 cm, znajduje się w nim kwadratowy żagiel deorbitacyjny o powierzchni 4m2, który zwinięty zmieści się w objętości 270ml (czyli ¼ całego satelity). Misja zakłada otwarcie żagla, po około 40 dniach pobytu satelity na orbicie. Czynność ta zwiększy opór aerodynamiczny i spowoduje drastyczne obniżenie orbity, a w konsekwencji spalenie satelity w atmosferze Ziemi w ciągu kilku miesięcy.

Pracą całego satelity będzie sterował komputer pokładowy zasilany przez zaprojektowany w tym celu system. Dwie kamery zarejestrują otwarcie żagla, a sygnały radiowe nadawane z systemu komunikacji będą mogli odbierać radioamatorzy na całym świecie. Satelita PW-Sat2 trafi na orbitę synchronizowaną słonecznie o wysokości ok. 575 km, zostanie wystrzelony na pokładzie rakiety Falcon 9 firmy SpaceX.

Rozwój oprogramowania, które kontroluje pracę satelity, to ciekawe wyzwanie. Mamy do czynienia z wieloma ograniczeniami, które nie występują w typowych systemach, a każdy błąd niesie wysokie ryzyko, że misja nie zostanie doprowadzona do końca. To niełatwe, ale zarazem ekscytujące zadanie, widać to po zaangażowaniu członków zespołu.

Planowana data wystrzelenia satelity PW-Sat2: trzeci kwartał 2018 r.