KP Labs dostarczy oprogramowanie pokładowe dla fotometru GLOWS

• GLOWS (Global Solar Wind Structure) będzie jednym z dziesięciu instrumentów naukowych na pokładzie sondy kosmicznej IMAP. Instrument jest opracowywany i budowany w Centrum Badań Kosmicznych PAN (CBK PAN).
• Start sondy kosmicznej IMAP na pokładzie rakiety SpaceX Falcon 9 planowany jest na 2025 rok.
• Sonda zostanie umieszczona w pierwszym punkcie Lagrange'a (L1) i będzie orbitować wokół Słońca ok. 1,5 mln km od Ziemi.

Dwadzieścia cztery znakomite ośrodki badawcze i uniwersytety z całego świata współpracują nad eksperymentami, które mają być umieszczone na pokładzie satelity IMAP, którego celem jest badanie heliosfery. Heliosfera jest obszarem dookoła Słońca, utworzonym przez stały przepływ naładowanych cząstek – wiatru słonecznego, które wydostają się do Układu Słonecznego. Badanie heliosfery i jej interakcji z ośrodkiem międzygwiazdowym ma kluczowe znaczenie dla rozwoju nauki i inżynierii kosmicznej, wliczając w to najbliższe plany załogowych misji kosmicznych na Księżyc i Marsa. Heliosfera ma wpływ na całe środowisko Układu Słonecznego, chroniąc Ziemię przed promieniowaniem kosmicznym, decydując tym samym o możliwości jej zamieszkania.

Misje heliofizyczne prowadzone w ciągu ostatnich dziesięcioleci przyczyniły się do rozwoju wiedzy naukowej i lepszego rozumienia Słońca oraz do zrozumienia tego, w jaki sposób pogoda kosmiczna wpływa na technologie kosmiczne. Jednakże badacze IMAP wskazują na tajemnice związane z tempem przyspieszenia wiatru słonecznego i jego oddziaływaniem z przestrzenią międzygwiazdową. GLOWS jest instrumentem, który zostanie zainstalowany na satelicie IMAP. GLOWS ma za zadanie mierzyć ultrafioletową poświatę pochodzącą z rozkładu wodoru międzygwiazdowego. I właśnie KP Labs, firma NewSpace założona w 2016 roku, dostarczy oprogramowanie komputera pokładowego instrumentu.

Oprogramowanie przesuwające granice możliwości sprzętu kosmicznego

Działanie komputera podkładowego GLOWS poza orbitą okołoziemską wymaga opracowania przez inżynierów i naukowców z KP Labs wysokowydajnego oprogramowania, odpornego na błędy.

Instrument GLOWS składa się z fotometru Lyman-alfa: kolimatora z filtrem spektralnym i fotopowielacza kanałowego, wraz z systemem zbierania i przetwarzania danych opartym na układzie FPGA z odpornym na błędy procesorem LEON-3FT. Elektronika odpowiedzialna jest za zbieranie danych z detektorów, przetwarzanie i archiwizację oraz komunikację z obsługą naziemną.

KP Labs opracowuje oprogramowanie pokładowe dla instrumentu GLOWS, które będzie odpowiedzialne za kontrolę instrumentu i telemetrię, a także autonomiczne zbieranie, archiwizowanie i analizowanie danych naukowych. Oprogramowanie będzie również zarządzać i nadzorować sprzętem GLOWS, wspierając kilka trybów operacyjnych i współpracując z  oprogramowaniem statku IMAP. Dodatkowo, ze względu na opóźnienia w komunikacji oraz ograniczenia łącza komunikacyjnego GLOWS, oprogramowanie pokładowe będzie automatycznie przetwarzać dane naukowe poprzez selekcję i binowanie, wysyłając przetworzone dane naukowe na ziemię.

KP Labs w oprogramowaniu wykorzystuje komponenty otwarto źródłowe (open source), takie jak system plików YAFFS i system operacyjny RTEMS (Real-Time Executive for Multiprocessor Systems). Planowane jest udostępnienie niektórych komponentów oprogramowania na zasadach open-source, z korzyścią dla społeczności naukowych i inżynierskich. Do tworzenia i testowania oprogramowania wykorzystuje się także wiele narzędzi typu open source, takich jak kompilator GCC, emulator QEMU, język programowania Python, wiele otwartych bibliotek i programów, oraz GIT – system kontroli wersji. 

– Najważniejszymi cechami KP Labs są szeroka wiedza i bogate doświadczenie potrzebne do tworzenia modułowego i adaptowalnego oprogramowania i sprzętu, dla zastosowań konwencjonalnych i sztucznej inteligencji – wyjaśnia Grzegorz Gajoch, od 2019 roku inżynier ds. elektroniki i systemów wbudowanych w KP Labs, członek zespołu opracowującego sprzęt i pakiet oprogramowania GLOWS.

Grzegorz Gajoch wskazuje na znaczenie symulacji komputerowych, które są niezbędne dla inteligentniejszych, bardziej odpornych na błędy rozwiązań kosmicznych. Jeśli bowiem chcemy zasymulować nieoczekiwane zdarzenie, które powoduje błąd krytyczny w oprogramowaniu czy sprzęcie, nie możemy go prawidłowo wstrzyknąć w działający system, bez uszkodzenia kosztownego sprzętu.

– Symulujemy tego rodzaju zdarzenia w emulatorach oraz przeprowadzamy rygorystyczne testy oprogramowania. Później, w fazie walidacji na sprzęcie, kontynuujemy testowanie oprogramowania z pomocą własnych symulatorów lub innych symulatorów komercyjnych, aby przygotować się do misji testując wszystkie możliwe zdarzenia – kontynuuje inżynier.

Oprogramowanie instrumentu GLOWS zgodnie z planem 

KP Labs informuje, że prace dla GLOWS przebiegają zgodnie z harmonogramem i ustalonym budżetem i „zespół jest na dobrej drodze, aby dostarczyć gotowe oprogramowanie, potrzebne do testów integracyjnych w 2023 roku”.

– To, co obecnie osobiście inspiruje mnie w mojej pracy w KP Labs to fakt, że opracowujemy oprogramowanie, które będzie w pełni kontrolować instrument GLOWS, a więc musi ono być niezawodne, aby w sposób autonomiczny kontrolować wszystkie elementy instrumentu. Jest to inspirujące, ponieważ wnosimy swój wkład w najnowocześniejsze oprogramowanie dla ważnej międzynarodowej misji naukowej przeprowadzonej poza orbitą Ziemi – konkluduje Grzegorz Gajoch.

KP Labs zostało założone w 2016 roku, firma zapewnia sprzęt i oprogramowanie oparte na sztucznej inteligencji dla wymagających misji kosmicznych. KP Labs wdraża autonomię w misje kosmiczne w celu przyspieszenia eksploracji kosmosu. Ich produkt – Smart Mission Ecosystem – został zaprojektowany w oparciu o holistyczne podejście w celu umożliwienia przetwarzania danych na pokładzie na poziomie ładunku użytecznego i satelity, jak również w celu zwiększenia bezpieczeństwa misji i odporności na błędy. KP Labs uzyskało status Centrum Badawczo-Rozwojowego nadany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w Polsce.

CBK PAN jest interdyscyplinarnym instytutem badawczym Polskiej Akademii Nauk powołanym do prowadzenia badań naukowych i działalności na rzecz rozwoju przemysłu kosmicznego w Polsce. Sześć głównych obszarów badań CBK PAN to: fizyka Słońca, badanie planet i małych ciał Układu Słonecznego, fizyka i astrofizyka przestrzeni międzyplanetarnej, fizyka plazmy, geodezja i geodynamika planetarna, obserwacja Ziemi. Od momentu powstania instytutu jego naukowcy i inżynierowie uczestniczyli w ponad 50 misjach kosmicznych i skonstruowali ponad 70 unikatowych instrumentów dla misji kosmicznych.Pierwsze urządzenia powstały w ramach programu Interkosmos i zostały umieszczone na radzieckich satelitach (projekty JONOSONDA, AKTYWNY, APEX) oraz na stacji kosmicznej MIR (urządzenie VIEWFINDER dla modułu Priroda).

GLOWS (GLObal Solar Wind Structure) jest jednym z eksperymentów w ramach misji NASA IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe), której start i umieszczenie na orbicie Lissajous wokół punktu Lagrange'a L1 planowane jest na 2025 rok. Celem projektu GLOWS jest zbadanie globalnej struktury wiatru słonecznego oraz jego ewolucji podczas cyklu słonecznego. Dodatkowo GLOWS bada rozkład międzygwiazdowego wodoru neutralnego (ISN H) oraz ciśnienie promieniowania słonecznego działającego na ISN H. 

Realizacja eksperymentu GLOWS w ramach misji kosmicznej NASA Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) jest finansowana ze środków budżetu państwa na podstawie umowy z Ministerstwem Edukacji i Nauki.