Ekonomiczny, elastyczny i bezpieczny programowalny odbiornik sygnału Galileo będzie wspierać misje kosmiczne
Odbiorniki GNSS stosowne w przestrzeni kosmicznej pozwalają prowadzić nawigację satelitarną, precyzyjnie określać czas, wyliczać orbitę i oznaczać położenie. Finansowany ze środków UE projekt ENSPACE to milowy krok w rozwoju programowalnego rozwiązania GNSS, które będzie obsługiwać system Galileo i jest adresowane przede wszystkim do sektora korzystającego z małych satelitów, najszybciej rozwijającego się w „nowej erze kosmicznej”. Programowalne odbiorniki sygnału GNSS tworzą całkiem nową koncepcję przestrzeni kosmicznej. Jest to działanie, które koordynator projektu, firma Qascom, zainicjował we współpracy z NASA w 2016 roku. Eksperyment opierał się na wykorzystaniu programowalnej platformy radiowej NASA o nazwie SCaN, którą umieszczono na zewnątrz Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Przede wszystkim platforma SCaN Testbed umożliwiła utworzenie orbitującego na stacji kosmicznej laboratorium, w którym pracowano nad programowalną technologią radiową, która pozwoliła na udoskonalenie eksperymentów nawigacyjnych i komunikacyjnych. „Projekt ENSPACE umożliwił nam rozwinięcie tej koncepcji i inwestycję w nowe programowalne rozwiązanie GNSS, które zostało zainstalowane w gotowym do użycia sprzęcie przeznaczonym do wprowadzenia na rynek. Rozwiązanie to jest kompatybilne z innymi komponentami typu »system-on-chip«”, podkreśla Samuele Fantinato, szef działu jednostki ds. zaawansowanej nawigacji w Qascom. Fantinato dodaje też: „Naszym celem jest dostarczenie produktu referencyjnego umożliwiającego prowadzenie nawigacji, pozycjonowania i synchronizacji w misjach kosmicznych, które wymagają taniego, bezpiecznego i elastycznego rozwiązania programowego”. W porównaniu z układami scalonymi wersja programowalna oferuje dużą elastyczność projektowania, szybką adaptację do potrzeb działań w przestrzeni kosmicznej oraz możliwość dostosowania aplikacji GNSS do wymagań misji.
Co przede wszystkim liczy się w przestrzeni kosmicznej?
W kosmosie odbiorniki GNSS muszą działać w zupełnie innych środowiskach niż odbiorniki naziemne. „Precyzyjne określenie pozycji satelity w kosmosie jest dość łatwe, jeśli znajduje się ona na niskiej orbicie okołoziemskiej. Na większych wysokościach, na jakich krążą satelity geostacjonarne lub działają misje międzyplanetarne, wyraźnie wzrasta znaczenie zmienności sygnałów. Dodanie nowych konstelacji mogłoby zwiększyć dokładność na tych orbitach”, wyjaśnia Fantinato. Członkowie zespołu projektowego zaproponowali nowatorskie techniki ulepszonej nawigacji, pozycjonowania i zapewniania bezpieczeństwa w kosmosie. Cząstki obarczone ładunkiem i promieniowanie gamma to kolejny problem, z którym muszą sobie radzić odbiorniki GNSS. Zaproponowane w ramach projektu ENSPACE programowalne rozwiązanie GNSS łączy w sobie redundantne rozwiązania techniczne i logiczne, co podnosi dokładność pozycjonowania w przypadku zdarzeń radiacyjnych. „Eksperymenty prowadzone w ramach projektu ENSPACE wykazały też zalety pozycjonowania migawkowego na ziemi – techniki określania pozycji odbiornika GNSS na podstawie bardzo krótkich interwałów odbieranego sygnału satelitarnego. W tym przypadku technologia mogłaby korzystać z satelitów nawigacyjnych wyposażonych w minimalną ilość sprzętu i oprogramowania, które zbierałyby próbkowane sygnały przesyłane na ziemię”, zauważa Alessandro Pozzobon, dyrektor Qascom. Naukowcy planują obecnie rozwinięcie technik umożliwiających zmniejszanie podatności odbiornika GNSS na zagłuszanie i zafałszowanie sygnału. „Zapewnienie pewnego poziomu uwierzytelnienia w celu rozwiązania problemu fałszowania sygnału GNSS zapewni dokładne pozycjonowanie i niezawodną nawigację, które wykraczają poza najnowocześniejsze usługi GNSS”, zauważa Fantinato. Odbiornik przystosowany do pracy z systemem Galileo został uwzględniony w misji CubeSat BOBCAT-1, wysłanej niedawno ze stacji ISS. Po zweryfikowaniu jego wydajności w kosmosie naukowcy rozpoczną prace nad dalszym udoskonaleniem rozwiązania i przekształceniem go w kompletny odbiornik GNSS. Ponadto zbadają możliwość dostosowania odbiornika do wyrzutni lub satelitów krążących wokół Księżyca.
Słowa kluczowe
ENSPACE, przestrzeń kosmiczna, satelita, nawigacja, Qascom, Galileo, GNSS, NASA, programowalne radio, BOBCAT-1, gospodarka kosmiczna