Polski start-up ułatwia eksplorację kosmosu

• W latach 2012–2016 liczba małych satelitów wysłanych na orbitę ziemską wzrosła o 300%.
• KP Labs pracuje obecnie nad komputerem pokładowym dla małych satelitów, który usprawni i przyspieszy przetwarzanie danych na orbicie.
• Premiera rynkowa Lion-a DPU i gotowość do pierwszych lotów kosmicznych planowana jest na ostatni kwartał 2023 roku.

Kosmiczny wyścig nabiera rumieńców, bo pomiędzy europejski, rosyjski i amerykański ambitnie wchodzi chiński przemysł kosmiczny. Chiny mają własny 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 USD – prognozuje rządowy think tank FutureAerospace2. 

– 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 POLSA w 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 – pisze firma w komunikacie. 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

Obecnie 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. Rozwiązanie ma się sprawdzać 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 500 kg.

– 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 – podkreśla KP Labs w komunikacie.

Kosmiczny nadzorca

KP Labs wskazuje, że technologia wykorzystana w Lion DPU sprawdzi się nie tylko w innowacyjnych zastosowaniach kosmicznych, ale także przyczyni się do zarządzania kryzysowego na przykład w przypadku pożarów, zarówno tych występujących naturalnie, jak 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, a także do analizy skutków.

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 specjalne algorytmy mogą mieć ogromny wpływ na dalsze losy naszej planety – zwraca uwagę firma.

Jak radzić sobie z ekstremalnymi obciążeniami temperaturowymi

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 rozwiązaniu, amplitudy temperatur na elementach elektronicznych satelity zostaną znacząco zredukowane – wyjaśnia firma.

Jak informuje KP Labs, materiał PCM będzie pełnił funkcję stabilizatora termicznego, optymalizując gospodarkę cieplną wewnątrz jednostki i pozwalając na wydłużenie żywotności, zapewniając co najmniej 5 lat ciągłej pracy na orbicie. Dodatkowo pozwoli to na utrzymanie bezpiecznego bufora operacyjnego, pozwalającego nawet na sporadyczne zwiększanie mocy obliczeniowej.

Rozwiązania firmy KP Labs obejmują m.in. modułowe oprogramowanie pokładowe Oryx, elektryczne wyposażenie wspomagające (EGSE) Oasis, komputer pokładowy z funkcją utrzymania predykcyjnego Antelope,  wysokowydajną jednostkę przetwarzania danych Leopard oraz algorytmy The Herd.