Misja polskiego mikrosatelity Intuition-1

Mikrosatelita Intuition-1

Na rok 2022 planowane jest wyniesienie w kosmos polskiego satelity klasy 6U nazwanego Intuition-1. Satelita budowany jest przez konsorcjum FP Space, w skład którego wchodzą trzy śląskie firmy z sektora kosmicznego: Future Processing, FP Instruments i KP Labs.

Celem misji mikrosatelity Intuition-1 jest przetestowanie na orbicie okołoziemskiej wydajnej jednostki obliczeniowej oraz instrumentów do obrazowania Ziemi pracujących w zakresie światła widzialnego oraz bliskiej podczerwieni. Wysoce wydajna jednostka obliczeniowa pozwoli na zastosowanie głębokich konwolucyjnych sieci  neuronowych do segmentacji i klasyfikacji obrazów pochodzących z instrumentu hiperspektralnego jeszcze na orbicie. Dzięki czemu będzie możliwa co najmniej 100-krotna redukcja ilości danych przesyłanych z satelity do stacji naziemnej. Częściowe przetworzenie obrazów z instrumentów na orbicie może również przyczynić się do skrócenia czasu dostępu przez użytkownika końcowego do istotnych dla niego informacji.

Intuition-1 planowany jest jako CubeSat klasy 6U, w kształcie prostopadłościanu o wymiarach 10x22x36 cm, o wadze w przybliżeniu 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. Maksymalna moc dla ładunku użytecznego ok. 30 W. Objętość przestrzeni dla ładunku użytecznego ≥ 4U. Łączność z satelitą ma być prowadzona przez X-band (payload) oraz VHF/UHF (TT&C). Instrument obrazujący to matryca monochromatyczna z globalną migawką oraz matryca hiper-spektralna pracująca skaningowo 470nm-950nm, 150 pasm, filtry Fabry-Perot o szerokości 10 nm, 300 klatek na sekundę; optyka ogniskowej 135 mm. Jednostka obliczeniowa będzie złożona z 4 węzłów obliczeniowych: RAM >= 8 GB,  Flash >= 16 GB, wydajność co najmniej 400 GFLOPS (FP32). Systemem operacyjnym węzłów będzie Linux + TensorRT.

Zwiększona liczba kanałów ma pozwolić na podniesienie jakości wykonywanych zdjęć satelitarnych, a segmentacja obrazów na pokładzie satelity – na skrócenie czasu reakcji na zdarzenia, które będą monitorowane. Przetworzone w ten sposób dane mają znaleźć  zastosowanie w wielu sektorach, np.:

  • w rolnictwie (klasyfikacja pokrycia gruntów, prognoza plonów, mapy upraw, mapy gleb, detekcja chorób roślin, śledzenie biomasy, mapowanie chwastów),
  • w leśnictwie (klasyfikacja lasów, określanie gatunków i stanu zdrowia lasów, planowanie zalesiania),
  • w ochronie środowiska (mapy emisji zanieczyszczeń, mapy zanieczyszczeń wód i gleby, zarządzanie i analiza zagospodarowania gruntów).

Projekt dofinansowany jest ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Jego  realizacją zajmują się KP Labs Sp. Z o.o. i FP Instruments. Przewidziany czas realizacji to  styczeń 2018 – grudzień 2023. „Intuition-1” zostanie wyniesiony na niską orbitę okołoziemską (LEO), na wysokość 600-650 km n.p.m. Planowany czas wystrzelenia satelity to 2022 rok. Planowany czas misji podstawowej przewidziany jest na niecały rok.

Harmonogram prac przy satelicie Intuition-1 wygląda następująco: w latach 2018-2019 przewidziane są prace badawczo-rozwojowe, w latach 2020-2021 integracja satelity, początek 2022 roku to testy kwalifikacyjne modelu, wiosna 2020 – budowa stacji naziemnej, koniec 2020 roku wystrzelenie satelity. Rok 2023 przewidziany jest na testy na orbicie.  

W czasie misji testowane ma być:

  • obrazowanie obszaru Ziemi o powierzchni 40 km na 40 km z rozdzielczością przestrzenną 25m na piksel dla pomiarów hiper-spektralnych.
  • obrazowanie obszaru Ziemi o powierzchni 40 km na 40 km z rozdzielczością przestrzenną 10m na piksel dla światła widzialnego.
  • uruchomienie wysoce wydajnej jednostki obliczeniowe (>400GFLOPs) do analizy i klasyfikacji pozyskanych obrazów.
  • uruchomienie i zweryfikowanie poprawności działania implementacji algorytmów analizy obrazów satelitarnych.
  • testy opracowanych algorytmów sterowania orientacją satelity na potrzeby zadań związanych z obrazowaniem oraz komunikacją ze stacją naziemną.

Przetwarzanie danych już na pokładzie satelity jest to innowacyjny pomysł, który daje przewagę polskiemu satelicie w porównaniu do obecnie istniejących i budowanych na świecie satelitów.

8 marca 2018 r. dr inż. Krzysztof Czyż oraz inż. Maciej Urbanowicz z firmy KP Labs Sp. z o.o. wzięli udział w seminarium fizyki kosmicznej w Centrum Badań Kosmicznych PAN, gdzie przedstawili założenie misji mikrosatelity Instuition-1. Naukowcy i inżynierowie pracujący w CBK PAN mają ogromne doświadczenie nie tylko w budowaniu urządzeń kosmicznych, ale także i satelitów. W tym instytucie powstały wszystkie trzy polskie satelity: PW-Sat, BritePL1 Lem oraz BritePL2 Heweliusz. 

Pracownicy CBK PAN ocenili projekt jako interesujący. Uznali, że założenie misji są ambitne, a nawet zbyt ambitne. Przy czym wyrazili zdanie, że wybranie platformy CubeSat 6U może być niewystarczające do zapewnienia satelicie odpowiedniego zasilania z jednej strony, a z drugiej efektywnego odprowadzania ciepła z urządzeń. Sugerowali, że może warto pomyśleć o platformie 10U, 12U, a nawet 14U. Zwrócili uwagę, że budowa stacji naziemnej została zaplanowana zbyt późno, niemal przed startem satelity, co może przyczynić się, w razie opóźnień przy budowie, do problemów z nawiązaniem łączności z satelitą. Pojawiły się także wątpliwości odnośnie stabilizacji kamery oraz czy projekt zarobi na siebie. Musiałby bowiem konkurować z darmowymi zdjęciami z satelity Sentinel-2. Dr inż. Krzysztof Czyż zapewniał, że zdjęcia z polskiego satelity będą lepszej jakości oraz będą wykonywane codziennie, co pozwoli na bieżące monitorowanie sytuacji, np. w czasie powodzi.

Mikrosatelita Intuition-1 to nie jedyny kosmiczny projekt, nad którym pracują firmy tworzące konsorcjum FP Space. Z pozostałych projektów warto wymienić:

• 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.  Lepszy nadzór nad zbiornikami wody spowoduje zmniejszenie zagrożenia związane z jej zanieczyszczeniem, co może przełożyć się m.in. na mniejsze ryzyko wystąpienia epidemii. Projekt na zlecenie ESA realizuje: Future Processing.

 • Projekt SISPARE (Satellite Image SPAtial Resolution Enhancement)  ma  na  celu  opracowanie  rozwiązań  algorytmicznych pozwalających na podnoszenie rozdzielczości obrazów satelitarnych oraz przedłużenie „życia” istniejącym już satelitom obserwacyjnym, które są wyposażone w optykę starszej generacji. Projekt na zlecenie ESA realizuje: Future Processing.

• PW-Sat2 to projekt edukacyjny Politechniki Warszawskiej, w który zaangażowane są firmy Future Processing i FP Instruments. Satelita CubeSat 2U ma za zadanie przetestowanie innowacyjnego systemu deorbitacji w postaci żagla o powierzchni 4m², a także sprawdzenie systemu otwieranych paneli słonecznych, czujnika Słońca oraz systemu zasilania. Start planowany jest na drugą połowę 2018 r.

Członkowie konsorcjum FP Space to trzy śląskie firmy z sektora kosmicznego:

KP Labs:

Działalność spółki skupia się na wytwarzaniu zaawansowanych rozwiązań informatycznych w zakresie wizji komputerowej i uczenia maszynowego (machine learning). Oprócz projektu Intuition-1, spółka jest zaangażowana w projekt związany z inteligentną analizą wideo – City Eye. City Eye ma na celu zwiększenie skuteczności operatorów monitoringów miejskich w wykrywaniu zdarzeń potencjalnie niebezpiecznych. Tworzony system będzie zgłaszał sytuacje, na które operator powinien zwrócić szczególną uwagę. Więcej o firmie pod linkiem.

FP Instruments:

Firma dostarcza projekty urządzeń elektronicznych na międzynarodowe rynki, głównie dla klientów z Wielkiej Brytanii, Holandii, Austrii, Szwajcarii, Norwegii i Stanów Zjednoczonych. Zajmuje się tworzeniem kompletnych rozwiązań dla dedykowanych układów, specjalizuje się w usługach R&D, dostarcza prototypy wraz z obudowami, implementuje dedykowane algorytmy, testuje urządzenia i przygotowuje wymaganą dokumentację. Więcej o firmie pod linkiem.

Future Processing

Future Processing (w skrócie FP) to gliwickie przedsiębiorstwo informatyczne wytwarzające specjalistyczne oprogramowanie komputerowe na potrzeby międzynarodowego handlu, przemysłu i usług. Więcej o firmie pod linkiem:

 

Paweł Z. Grochowalski

Źródło: FP Space;  Jarosław Kacprzak, PR Manager Future Processing