Przetwarzanie danych na orbicie pozwala małym satelitom dostarczać ogromne ilości danych
Wraz ze wzrostem liczby satelitów krążących wokół naszej planety i ją obserwujących rośnie również ilość generowanych przez nie danych. Przesłanie tych danych z powrotem na Ziemię nie jest jednak łatwe. Łącze prowadzące z satelity na Ziemię stanowi wąskie gardło ze względu na ograniczenia przepustowości pasma częstotliwości radiowych. Liczba stacji naziemnych umożliwiających odbiór danych jest ograniczona, a tam, gdzie istnieją, mogą one łączyć się z satelitami jedynie w momencie ich przelotu nad danym obszarem. Poważnym problemem są też koszty, ponieważ instalacja nowej stacji naziemnej jest zbyt droga dla misji z wykorzystaniem małych satelitów, co hamuje rozwój ekosystemu usług kosmicznych.
Zmniejszanie rozmiarów przesyłanych plików, rozszerzanie zasięgu
Jednym z rozwiązań jest zredukowanie ilości danych do pobrania. „Ideą przyświecającą realizacji projektu SOPHOS jest umożliwienie większej części przetwarzania bezpośrednio w przestrzeni kosmicznej”, wyjaśnia Maike Taddiken, kierowniczka projektu w firmie DSI Aerospace(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz koordynatorka projektu SOPHOS. W ramach projektu SOPHOS konsorcjum europejskich partnerów przemysłowych i akademickich pod przewodnictwem DSI Aerospace zaprojektowało i opracowało nowe technologie, które umożliwiają kompresję danych i tworzenie zdjęć na pokładzie satelitów przy użyciu wysokowydajnego modułu przetwarzania, zoptymalizowanych algorytmów oraz niezawodnego systemu przechowywania danych. „System zmniejsza objętość przesyłanych danych, co pozwala na znacznie bardziej efektywne wykorzystanie ograniczonej przepustowości łącza”, dodaje Taddiken. Jest to szczególnie przydatne w przypadku zastosowań wymagających przetwarzania dużych ilości danych, takich jak radar z syntetyczną aperturą (SAR) – technika obserwacji Ziemi o wysokiej rozdzielczości, która może generować ogromne ilości nieprzetworzonych danych. Dzięki miniaturyzacji wysokowydajnych modułów sprzętowych oraz optymalizacji algorytmów przetwarzania danych SAR do zastosowania na satelitach (w których moc obliczeniowa i pojemność baterii mogą być ściśle ograniczone) technologia ta zmniejsza obciążenie przepustowości łącza. Pozwala to na dostarczane najważniejszych danych w krótszym czasie. „To szczególne ważne w przypadku rozwijającego się sektora małych satelitów komercyjnych, a także dla zastosowań takich jak ocena szkód i koordynacja działań w przypadku katastrof”, zauważa Taddiken.
Tworzenie nowego sprzętu i oprogramowania
Nowy sprzęt i oprogramowanie powstałe w projekcie SOPHOS zostały przetestowane w naziemnym prototypie. W dziedzinie sprzętu zespół SOPHOS skoncentrował się na dwóch kluczowych modułach satelitarnych. Nad modułem przetwarzania ładunku (PPM) pracował partner projektu, Unibap(odnośnik otworzy się w nowym oknie), natomiast nowo opracowany, odporny na promieniowanie moduł pamięci masowej (MMM) został opracowany przez firmę DSI Aerospace. Szybki transfer przez sieć Ethernet umożliwia przetwarzanie obrazów i danych w trybie online lub offline, a także przesyłanie surowych danych do segmentu naziemnego. Taddiken tłumaczy, że oba moduły zostały opracowane z myślą o satelitach typu SmallSat, które cieszą się coraz większą popularnością w misjach komercyjnych i konstelacjach satelitarnych. W ramach prac wspierających partnerzy konsorcjum SOPHOS z Instytutu Mikrofali i Radarów Niemieckiego Centrum Badań Lotniczych i Kosmicznych DLR(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracowali również nowe algorytmy tworzenia obrazów SAR i kompresji danych surowych, które zostały następnie zoptymalizowane przez naukowców z Uniwersytetu w Lubece(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Niemczech. Partner projektu SOPHOS, firma TELETEL z Grecji, opracowała łatwy w obsłudze elektryczny sprzęt wsparcia naziemnego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (EGSE) wykorzystywany podczas operacji przed wystrzeleniem na orbitę.
Zwiększanie europejskich zdolności w zakresie obserwacji Ziemi
Poprzez zwiększenie przepustowości naszych połączeń z obserwatoriami na orbicie projekt SOPHOS zakłada wzmocnienie konkurencyjności Europy w dziedzinie obserwacji Ziemi z kosmosu. Gotowa technologia wykorzystana w projekcie oferuje skalowalne rozwiązanie, które można przystosować do przyszłych misji na niskiej orbicie okołoziemskiej. Zakończony na początku 2026 r projekt już teraz przynosi efekty. „Technologie powstałe w projekcie SOPHOS znajdują się już na orbicie w ramach kilku misji, a partnerzy będą kontynuować prace nad wynikami projektu, zarówno indywidualnie, jak i w ramach różnych form współpracy”, mówi Taddiken.
