Kako so Mariborčani zgradili prvi slovenski nanosatelit

Mariborski Trisat je visokotehnološka naprava, velika kot škatla za čevlje, s katero se bo Slovenija, upajmo, jeseni vpisala na seznam okoli 90 držav s satelitom v orbiti (poleg Trisata v orbito potuje tudi slovenski satelit Nemo HD). Gre za dobre štiri kilograme težek nanosatelit, kakršni vse bolj osvajajo orbite, kjer so nekoč dominirali veliki in izjemno dragi sateliti, ki so jih sestavljala le največja podjetja. V celoti je plod slovenskega znanja in se ponaša z nekaterimi inovativnimi in naprednimi rešitvami. Namenjen je demonstraciji delovanja, znanstvenemu raziskovanju in izobraževanju nove generacije inženirjev.



Satelit, ki so ga sestavili člani Laboratorija za elektronske in informacijske sisteme mariborske fakultete za elektrotehniko, računalništvo in informatiko (Feri) ter inženirji podjetja SkyLabs, je po uspešno opravljenih preizkusih že na poti v Francosko Gvajano, kjer ga bodo jeseni izstrelili na raketi Vega. Zaradi neuspešnega petnajstega poleta prav te vrste nosilne rakete se je predvideni datum šestnajstega poleta, ki je bil načrtovan za 9. september in na katerem bi bil tudi Trisat, premaknil. Trenutno je predvideni datum izstrelitve 24. oktober.

Zanesljivost delovanja v skrajnih razmerah

Satelit poganjata platforma NanoSky I in procesor PicoSkyFT podjetja SkyLabs. »Ključna tehnologija je procesor, podobnega imate v pametnih mobilnih napravah, a satelitski mora delovati v skrajnih razmerah, kjer vladajo nizke temperature in radiacija, ki lahko povzroči napake. Procesor mora napake prepoznati in jih odpraviti. Globlje ko greste v vesolje, bolj mora biti tehnologija zanesljiva, s tem pa je seveda dražja. Pri večstokilogramskih satelitih, zlasti če so stacionirani v globokem vesolju, trg še vedno pokrivajo veliki sistemski integratorji. V segmentu mikro- in nanosatelitov pa se bolje znajdemo mala inovativna podjetja s hitro prilagodljivostjo. Z inovativnim pristopom lahko ponudimo tudi cenovno sprejemljive rešitve, ki pa so enako dobre kot pri velikih ponudnikih,« razloži dr. Tomaž Rotovnik, direktor podjetja SkyLabs.

Takšni manjši sateliti se bodo v nizkozemeljski orbiti na višini od 400 do 600 kilometrov v prihodnjih letih precej namnožili, sploh če bodo uresničene vse napovedi različnih podjetij in organizacij o konstelacijah satelitov, ki bodo namenjene predvsem zagotavljanju komunikacijskih in IT-storitev, seveda pa so lahko opremljeni tudi z instrumenti za opazovanje površja. Na tej višini gravitacija sicer (nedelujoče) plovilo lahko potegne v atmosfero, kjer zgori, in tako se orbita samoočiščuje. Po šestletni obratovalni dobi takšna usoda čaka tudi Trisat, ki ga bodo utirili v sončno sinhrono orbito na višini 530 kilometrov. Obhodni čas satelita bo dobrih 95 minut, kar pomeni, da bo naš planet v 24 urah obkrožil 15-krat.
 

Izstopa infrardeča kamera

In kakšne naloge čakajo Trisat? Rotovnik pojasni, da želijo predvsem strokovni javnosti pokazati, kako delujejo sistemi satelita v praksi, saj je to pri preboju na trg, vreden 300 milijard evrov, kjer neradi kupujejo mačka v žaklju, ključno. »S tehnologijo naslavljamo tudi vse večjo težnjo po evropski tehnološki neodvisnosti,« še pove direktor SkyLabsa. »Tako dve veliki evropski vesoljski podjetji Thales Alenia Space in Airbus kot druge evropske agencije, ki so povezane z vesoljskimi tehnologijami, potrebujejo sisteme, ki so karseda neodvisni od tehnologij drugih držav, na primer ameriške tehnologije.«

Potem pa sta tu še znanstvena in izobraževalna funkcija, doda vodja laboratorija za digitalne in informacijske sisteme, profesor dr. Iztok Kramberger. »Lahko se pohvalimo z vrhunsko kamero za kratkovalovni infrardeči spekter,« izpostavi Kramberger. Omogoča zaznavanje površja in spremljanje večjih žarišč požarov skozi dim, opazovati bo mogoče tudi z aerosoli onesnaženo ozračje, onesnaženje morij z oljnimi madeži, vulkanski prah, ki povzroča težave letalski industriji, vlažnost rastlinja in drugo, naštejeta sogovornika.

»Programska oprema je nadgradljiva v orbiti, kar med drugim pomeni, da se lahko nemudoma osredotočimo na specifično tarčo. S tem se bo močno zmanjšala količina zbranih podatkov za obdelavo. Z vsakim preletom lahko naložimo nov algoritem, prilagojen za specifično nalogo,« prednosti kamere razloži Kramberger.

Miniaturizacija tehnologije po principu »čim več v čim manjši volumen« je prav tako zelo pomembna in tu so s svojimi izdelki po Krambergerjevih besedah med najbolj konkurenčnimi. Naprave se še da zmanjševati, a sčasoma se bo ustalila in uveljavila optimalna velikost nanosatelitov.

Večina komponent je domačih

»S Trisatom bodo lahko upravljali študenti, spremljali bodo telemetrijo, razvijali podsisteme, pa tudi strojno opremo. Naš cilj ni le vzpostaviti podjetje, ampak mora to rasti in za to moramo izobraževati primeren kader,« se zaveda profesor na Feriju. Od leta 2009 je pri projektu sodelovalo okoli 20 ljudi. »V SkyLabsu nas je zdaj 14, a že štipendiramo študente, v katerih prepoznavamo talent. Za zdaj iščemo predvsem specializiran kader,« pove Rotovnik.

»Zbrane podatke bomo analizirali v Mariboru, kjer je bazna postaja. Zelo je pomembno, da poleg gradnje satelita obvladamo tudi ta segment, da tako sklenemo verigo in strankam ponudimo celostno rešitev. Zdaj že načrtujemo Trisat 2 z nekoliko drugačnim senzorjem,« pojasni Kramberger.

»Platforma je univerzalna: navigacija, komunikacija, procesor, napajanje. To je pravzaprav vse, kar potrebujemo, da ima satelit elektriko, da se obrača, da komunicira z zemeljsko postajo in da obdelujemo podatke. Stranki je namenjen aplikacijski del, v tem primeru kamera, lahko pa namestimo tudi druge senzorje,« pove vodja laboratorija. Večino komponent so razvili in izdelali sami, izdelavo solarnih panelov pa so predali proizvajalcu v tujini, saj ga pri nas niso našli. »Prav tako še nismo razvili svojega modula za navigacijo in pogona ter sledilca položaja zvezd. Struktura in podsistemi pa so naši in to nam daje tehnološko prednost. Če bomo imeli vse ‘v hiši’, se bomo lažje prilagajali in odzivali na zahteve strank,« doda Rotovnik.

Rastline in gravitacijski valovi

Slovensko znanje podjetja SkyLabs so že prepoznali v tujini in tako trenutno med drugim sodelujejo pri 300 milijonov evrov vredni misiji Flex Evropske vesoljske agencije (Esa) in misiji Hermes SP Italijanske vesoljske agencije (Asi). Vodilno podjetje v konzorciju za gradnjo okoli 500 kilogramov težkega satelita Flex je podjetje Thales Alenia Space, glavni instrument bo zagotovilo podjetje Leonardo, SkyLabs pa sodeluje pri vzpostavitvi sistemov za rokovanje s podatki na krovu, pove Rotovnik. Raziskovalci bodo v okviru misije Flex z višine 815 kilometrov spremljali zdravje vegetacije, tako da bodo merili šibek odsev, ki ga oddajajo rastline ob fotosintezi. Zbrani podatki bodo omogočili izboljšanje razumevanja načina prehajanja ogljika med rastlinami in ozračjem ter vpliva fotosinteze na prisotnost molekul ogljika in vode v ozračju, pa tudi, pod kakšnim stresom so rastline. To je še posebej pomembno ob vse večji potrebi po hrani za naraščajoče število prebivalcev, navajajo pri Esi. Satelit Flex bo letel v tandemu z enim od satelitov Copernicus Sentinel-3 in uporabljal njegove optične in termalne senzorje. Predvidoma ga bodo izstrelili leta 2022.

Za konstelacijo nanosatelitov Hermes SP pa bo slovensko podjetje po Rotovnikovih besedah zagotovilo glavni računalnik na krovu, procesor in komunikacijska modula z nizko in visoko hitrostjo prenosa podatkov. Z detektorji bodo sateliti lovili kratkotrajne izbruhe gama žarkov, ki so svetlobna sled gravitacijskih valov. Skušali bodo ugotoviti smer izvora žarkov in te podatke čim prej posredovati bolj občutljivim zemeljskim instrumentom za zaznavanje gravitacijskih valov. Večja količina zbranih podatkov o gravitacijskih valovih pa bo v pomoč pri razumevanju nastanka vesolja.



–––
Projekt prvega slovenskega satelita so podprli ministrstvo za gospodarski razvoj in tehnologijo, Agencija za komunikacijska omrežja in storitve Republike Slovenije, Radioamaterska zveza Slovenije, podjetji Riedl Aerospace in Balmar, ministrstvo za kmetijstvo, Zavarovalnica Sava ter Nova kreditna banka Maribor.