Inteligentniejsze czujniki pozwolą na autonomiczne wykonywanie zadań w czasie misji kosmicznych
Misje polegające na naprawach, uzupełnianiu zapasów oraz tankowaniu satelitów orbitujących wokół naszej planety, a także eksploracja innych obiektów kosmicznych przy pomocy łazików planetarnych wymaga niemal ludzkich zdolności oraz zręczności, a także pełnej autonomii działania. „Czasem centrum kontroli naziemnej pomaga, kiedy działania odbywają się bliżej Ziemi, gdzie komunikacja jest łatwiejsza. W przestrzenie kosmicznej występują jednak ogromne opóźnienia czasowe, dlatego musimy mieć pewność, że system będzie w stanie samodzielnie planować działania w ramach misji i podejmować decyzje”, wyjaśnia Sabrina Andiappane, kierowniczka ds. badań i rozwoju oraz inżynier ds. przyszłych projektów w Thales Alenia Space we francuskim Cannes, pełniąca rolę kierowniczki projektu I3DS. Poszczególne czujniki wykorzystywane w celach nawigacji oraz innych zastosowaniach są często produkowane w celach komercyjnych i zwykle wyposażone we własnościowe interfejsy i zastrzeżone oprogramowanie. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu I3DS naukowcy przeprowadzili integrację najnowocześniejszych czujników i wykrywaczy wykorzystywanych w ramach takich misji, aby stworzyć dzięki temu jedno rozwiązanie, a następnie udoskonalili wykorzystywane oprogramowanie w celu poprawy przekazywania informacji i procesu przetwarzania zgromadzonych danych w czasie rzeczywistym, umożliwiając w ten sposób pracę zrobotyzowanych systemów. Dostarczane informacje obejmują dane z czujników wizualnych, takich jak kamery wysokiej rozdzielczości, 3D oraz kamery termiczne wykorzystujące podczerwień, układów śledzących gwiazdy, pozwalających na ustalanie położenia pojazdu na podstawie nieba, czujników kontaktowych i dotykowych pozwalających na wykrywanie przeszkód, a także czujników zdalnych, takich jak radar czy lidar. W pakiecie znajdują się również urządzenia oświetleniowe do użytku podczas zaćmień lub w sytuacjach braku dostępu do światła słonecznego. Przykładowo, łazik planetarny potrzebuje wszystkich czujników, aby mieć pewność, że zmierza we właściwym kierunku oraz by skutecznie unikać przeszkód. Modułowy system „Wykorzystujemy inteligentne czujniki, pozwalające na prowadzenie inteligentnych misji. Dane z kamer są wstępnie przetwarzane, dzięki czemu dane trafiające do innych systemów są łatwiejsze do zrozumienia i interpretacji”. Czujniki muszą być zsynchronizowane, muszą działać z określoną częstotliwością, a algorytmy muszą działać dość szybko, aby osiągnąć operacyjność w czasie rzeczywistym. Jak twierdzi badaczka, „osiągnięcie tego celu było dużym wyzwaniem”. Cała koncepcja opiera się na chęci osiągnięcia większej dokładności w porównaniu z czujnikami działającymi pojedynczo. Z tego powodu opracowanie tego rozwiązania wymagało zaangażowania specjalistów zajmujących się dziedziną syntezy i przetwarzania danych, którzy zajęli się opisywaniem, projektowaniem, integracją oraz testowaniem różnych architektur z myślą o ich wykorzystaniu w zrobotyzowanych systemach. Zintegrowana platforma została opracowana jako modułowy system, pozwalający na wykorzystanie go z różnymi rozwiązaniami. „W ramach systemu dostępny jest panel czujników, spośród których można wybrać potrzebne rozwiązania. Można także wymienić poszczególne czujniki na inne, bez szkody dla działania systemu. Jedynym rozwiązaniem, którego nie udało nam się w pełni zintegrować, jest radar, który podlega specjalnym przepisom bezpieczeństwa dotyczącym testowania. Oznacza to, że odpowiednie testy nie mogły zostać przeprowadzone w czasie trwania projektu”, wyjaśnia Andiappane. Panel kontrolny Panel kontrolny urządzenia, który łączy się ze wszystkimi czujnikami i przesyła odpowiednie polecenia w tym samym środowisku programowym, to płyta główna o rozmiarach 233 x 160 mm. „Wykazaliśmy, że nasz system działa, ale zanim poleci w kosmos, będzie konieczne przeprowadzenie dodatkowych prac. Wszystkie urządzenia elektroniczne wykorzystywane w ramach misji kosmicznych muszą być bowiem odporne na promieniowanie”, dodaje badaczka. Unia Europejska sfinansowała szereg projektów dotyczących robotyki kosmicznej, realizowanych równolegle z I3DS. W nawiązaniu do projektu EROSS (European Robotic Orbital Support Services), Andiappane dodaje: „Zamierzamy wykorzystać różne elementy, takie jak na przykład czujniki, a także platformy umożliwiające między innymi nawigację, dążąc do ich dalszej integracji w celu wykorzystania w większym (zrobotyzowanym) systemie, który zostanie użyty do przeprowadzenia serwisowania na orbicie”.
Słowa kluczowe
I3DS, EROSS, kosmos, satelita, czujniki, roboty