Skip to main content

Article Category

Wywiad

Article available in the folowing languages:

Postęp w zakresie wykonalności koncepcji samoorganizujących się grup małych satelitów

W tym roku odbędzie się pierwsza na świecie orbitalna demonstracja samoorganizującej się, przestrzennej grupy pikosatelitów.

Przemysł kosmiczny

Satelity używane na potrzeby komunikacji, pozycjonowania i obserwacji Ziemi były zawsze duże, złożone i kosztowne. Zaczyna to jednak ulegać zmianie. Podobnie jak komputery i telefony, satelity stają się coraz mniejsze – niektóre z nich ważą zaledwie jeden kilogram. Ponieważ koszty rakiet nośnych są proporcjonalne do masy wynoszonych przez nie na orbitę satelitów, zmniejszanie rozmiarów satelitów przyczynia się do obniżenia kosztów misji. W rezultacie satelity te, określane mianem pikosatelitów, będą wkrótce mogły pracować w grupach i stanowić uzupełnienie współczesnych większych i droższych jednostek. W 2020 roku naukowcy pracujący w ramach finansowanego ze środków UE projektu NetSat (Networked Pico-Satellite Distributed System Control) mają zamiar zademonstrować pierwszą na świecie samoorganizującą się, przestrzenną grupę czterech orbitalnych pikosatelitów. Aby dowiedzieć się więcej na temat tego przełomu – oraz tego, co oznacza on dla przyszłości usług satelitarnych – spotkaliśmy się z Klausem Schillingiem. Schilling jest profesorem i kierownikiem Katedry Robotyki i Telematyki na Uniwersytecie w Würzburgu. Jest też koordynatorem stypendium ERBN, które jest realizowane w Centrum Telematyki, niezależnym instytucie badawczym w niemieckim Würzburgu.

Jaki główny cel wyznaczyliście sobie jako uczestnicy w ramach projektu NetSat?

Schilling: Mamy do czynienia ze znaczącą zmianą paradygmatu w dziedzinie inżynierii statków kosmicznych. Pojedyncze, wielofunkcyjne satelity o dużych rozmiarach są obecnie zastępowane przez grupy małych satelitów. W niedalekiej przyszłości zamiast wysyłania na orbitę pojedynczych satelitów o dużych rozmiarach będziemy mogli zaobserwować w przestrzeni kosmicznej większą liczbę połączonych w sieć, współpracujących ze sobą małych satelitów. Potencjał sieci rozproszonych czujników na orbicie o dużych odległościach pomiędzy poszczególnymi satelitami umożliwi prowadzenie wielopunktowych pomiarów i usprawni charakteryzację otoczenia kosmicznego Ziemi, a także obserwację Ziemi oraz telekomunikację. Zanim jednak do tego dojdzie, musimy najpierw dowiedzieć się, jak sprawić, by te małe satelity działały jak zespół, latały w grupach, a także zapewnić ich wzajemną komunikację i koordynację. Na tym właśnie skupia się projekt NetSat – na stworzeniu prototypowej technologii w celu wykazania możliwości stworzenia grupy satelitów, która mogłaby posłużyć za platformę na potrzeby eksperymentów naukowych, a potencjalnie również do zastosowań komercyjnych.

Co da nam demonstracja na orbicie?

Przed demonstracją w ramach projektu koncentrowaliśmy się na opracowaniu kluczowych technologii sterowania niezbędnych do przeprowadzenia przestrzennego lotu grupowego. Po raz pierwszy w historii orbitalna demonstracja potwierdzi taką możliwość poprzez sterowanie wszystkimi czterema satelitami w ramach samoorganizującej się grupy. Obecnie prawie wszystkie systemy składające się z wielu satelitów używane są w postaci konstelacji, przy czym każdy satelita jest indywidualnie obsługiwany w sposób zdalny z centrum kontroli naziemnej. Pracujemy nad tym, aby satelity pracowały jako zespół lub latały w grupie, a pomiary i wymiana ich względnych wysokości i pozycji odbywały się za pośrednictwem łączności międzysatelitarnej. Na tej podstawie będą koordynowane manewry mające na celu unikanie kolizji i osiągnięcie optymalnych geometrii dla danych zadań obserwacyjnych.

W jaki sposób będzie to rewolucyjne?

Możliwość sterowania grupą pikosatelitów i wyznaczania im zadań zespołowych otwiera drzwi do wielu innowacyjnych zastosowań w dziedzinie obserwacji Ziemi i telekomunikacji. Dzięki umożliwieniu jednoczesnej obserwacji obszarów docelowych z różnych perspektyw systemy do obserwacji Ziemi będą mogły na przykład generować innowacyjne, trójwymiarowe zdjęcia powierzchni Ziemi i atmosfery. Niedługo rozpocząć ma się również misja CloudCT polegająca na utworzeniu grupy dziesięciu małych satelitów, które przy użyciu zasad tomografii komputerowej zajmą się charakteryzacją wnętrza chmur, będącą sposobem na ulepszenie metody prognozowania klimatu.

W jaki sposób projekt ten przyczynił się do postępu technicznego w dziedzinie pikosatelitów?

Aby zapewnić bezpieczeństwo podczas działań grupy satelitów znajdujących się w bliskiej odległości od siebie, opracowaliśmy autonomiczny system unikania kolizji. Pomoże on na przykład w zapewnieniu, że nie będzie dochodziło do zderzeń tych satelitów z gwałtownie rosnącą ilością odpadów unoszących się w przestrzeni kosmicznej. Wiele zastosowań wymaga również skierowania ich wysoce precyzyjnych instrumentów lub anten w kierunku wyznaczonego obszaru i możliwości ciągłego dostosowywania kierunku ich ustawienia w stronę obserwowanego obiektu w celu skompensowania ich dużej prędkości ruchu. W tym celu opracowaliśmy energooszczędne, miniaturowe koła reakcyjne zaprojektowane specjalnie do zapewnienia niezrównanej dokładności odwracania bardzo małych satelitów. Co najważniejsze, wdrożyliśmy odpowiedni system małych satelitów, z których każdy waży zaledwie cztery kilogramy, a mimo to nadal może być w pełni wyposażony we wszystkie podsystemy niezbędne do pracy w grupie. Obejmują one system określania i kontrolowania orientacji, system określania orbity, system łączności umożliwiający komunikację między satelitami oraz komunikację satelitów z Ziemią, a także elektryczny napęd do kontrolowania orbity i utrzymywania szyku grupy.

Co będzie spuścizną projektu NetSat?

Opracowane w ramach projektu NetSat kompleksowe, interdyscyplinarne oprogramowanie i sprzęt dla roboczych grup małych satelitów są już gotowe do wypuszczenia na rynek, co jest obecnie planowane na czerwiec 2020 roku. System ten będzie promował stosowanie rozwiązań rozproszonych, opartych na sieciach czujników, które pozwolą na realizację nowych metod obserwacji Ziemi. Wraz z systemami unikania kolizji będzie stanowić to spuściznę projektu NetSat.

Jakie są plany na przyszłość po zakończeniu projektu NetSat?

Kolejnym krokiem po udanej demonstracji orbitalnej projektu NetSat będzie skorzystanie z osiągniętych możliwości lotu grupowego w ramach innowacyjnych misji. Rozpoczęto już kilka projektów, które wykorzystują system NetSat w kontekście obserwacji Ziemi. Projekt Telematics earth Observation Mission (TOM) korzysta na przykład z grupy trzech małych satelitów do generowania trójwymiarowych obrazów powierzchni Ziemi za pomocą metod fotogrametrycznych.

Kraje

Niemcy