Nie ma rzeczy niemożliwych: polska elektronika na ISS

Dynamiczny rozwój sektora kosmicznego, zwłaszcza w kierunkach komercyjnych sprawia, że kluczowe technologie nie dotyczą dziś wyłącznie rakiet czy platform satelitarnych, lecz także systemów pozwalających bezpiecznie i świadomie operować w wymagającym środowisku kosmicznym. Wraz ze wzrostem liczby satelitów i prywatnych misji, rośnie znaczenie rozwiązań zwiększających niezawodność i przewidywalność pracy systemów na orbicie.

Scalable Radiation Monitor (SRM) | źródło: ESA

Jednym z obszarów, który zyskuje na znaczeniu, jest monitorowanie promieniowania jonizującego — czynnika mającego istotny wpływ zarówno na elektronikę, jak i na ludzi przebywających poza ochronną osłoną atmosfery i magnetosfery Ziemi. W tej niszy działa polska firma deep-tech SigmaLabs, rozwijająca detektory promieniowania i usługi analityczne dla sektora kosmicznego.

Od fizyki wysokich energii do inżynierii kosmicznej

SigmaLabs powstała w 2023 roku jako naturalna kontynuacja kompetencji zespołu inżynierów, budowanych przez lata, przede wszystkim w fizyce jądrowej i akceleratorowej. Rdzeń zespołu tworzą naukowcy i inżynierowie związani wcześniej z projektami realizowanymi w CERN oraz w ośrodkach akademickich w Polsce, w tym na Politechnice Warszawskiej. Doświadczenie w detekcji cząstek, systemach odczytu danych i analizie środowiska radiacyjnego zostało przeniesione na grunt inżynierii kosmicznej.

Firma projektuje odporne na promieniowanie systemy elektroniczne, detektory promieniowania oraz prowadzi analizy środowiska radiacyjnego dla misji kosmicznych. Oferuje wsparcie obejmujące cały łańcuch działań: od modelowania środowiska radiacyjnego i analiz niezawodności, przez planowanie kampanii testów radiacyjnych, po analizę danych z orbity.

Dr inż. Krzysztof Sielewicz z SigmaLabs Sp. z o. o. podczas testów detektora Scalable Radiation Monitor (SRM) z komputerem SoMLabs SLS23

Obszarem zainteresowań firmy SigmaLabs jest dostarczanie wiarygodnych (evidence-grade) danych o środowisku radiacyjnym, ponieważ to właśnie brak rzetelnych danych często stoi za trudną diagnostyką anomalii satelitarnych, przewymiarowaniem systemów oraz konserwatywnymi, kosztownymi założeniami projektowymi. Bez pomiarów in-situ operatorzy i projektanci działają w dużej mierze na modelach i statystyce. Bezpośrednie dane z orbity pozwalają szybciej identyfikować przyczyny problemów, optymalizować osłony radiacyjne i podejmować decyzje oparte na faktach, a nie tylko na marginesach bezpieczeństwa.

RadMon-on-ISS — polski detektor na pokładzie stacji kosmicznej

Przełomowym momentem dla firmy był udział w misji IGNIS i eksperymencie RadMon-on-ISS. Opracowany przez SigmaLabs detektor promieniowania, z wykorzystaniem technologii opracowanej w CERN, został zainstalowany na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w europejskim module Columbus, gdzie prowadzi ciągłe pomiary środowiska radiacyjnego.

Sławosz Uznański-Wiśniewski –na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej podczas misji Axiom 4 z urządzeniem Scalable Radiation Monitor (SRM) | źródło: ESA

Urządzenie monitoruje całkowitą dawkę promieniowania jonizującego oraz rejestruje strumień wysokoenergetycznych cząstek. Pozwala to śledzić zarówno długoterminową ekspozycję (Total Ionizing Dose), jak i dynamiczne zmiany związane z aktywnością słoneczną czy przejściami przez obszary podwyższonego promieniowania.

Detektor łączy niewielkie rozmiary i zapotrzebowanie na moc z funkcjonalnością wykraczającą poza proste dozymetry. Posiada dwa komplementarne kanały pomiarowe: jeden do pomiaru dawki skumulowanej, drugi do rejestracji zdarzeń wysokoenergetycznych w czasie rzeczywistym. Dzięki temu może pełnić również rolę systemu wczesnego ostrzegania dla załogi i systemów stacji.

Istotną cechą jest możliwość pasywnej rejestracji dawki — zastosowane sensory półprzewodnikowe akumulują informację o dawce nawet przy braku zasilania. Zwiększa to odporność systemu na przerwy w pracy i minimalizuje ryzyko utraty danych.

Eksperyment dostarczył firmie doświadczenia flight heritage, czyli potwierdzenie działania technologii w realnych warunkach kosmicznych — kluczowy element wiarygodności w sektorze kosmicznym.

Scalable Radiation Monitor (SRM) z komputerem SoMLabs SLS23 podczas testów wibracyjnych

W instrumencie Scalable Radiation Monitor zespół SigmaLabs wykorzystał moduł komputera SLS23 opracowany i produkowany przez, także polską, firmę SoMLabs. Wykorzystanie gotowej jednostki obliczeniowej znacząco przyśpieszyło rozwój urządzenia oraz zmniejszyło ryzyko projektowe.

Od ISS do Księżyca i badań fundamentalnych

Zdobyte doświadczenia są dziś fundamentem kolejnych projektów. SigmaLabs uczestniczy w pracach nad dozymetrią osobistą dla astronautów w kontekście programu Artemis, gdzie zagadnienie ochrony radiologicznej poza niską orbitą okołoziemską nabiera szczególnego znaczenia.

Równolegle rozwijany jest detektor przeznaczony do badań tzw. materii dziwnej: hipotetycznych stabilnych stanów wielokwarkowych rozważanych jako jeden z kandydatów na składnik ciemnej materii. W tym przypadku zadaniem zespołu jest przełożenie koncepcji fizycznej na niezawodne rozwiązanie inżynieryjne zdolne do długotrwałej pracy na orbicie.

SL-X1 — następca dla rynku satelitarnego

Naturalnym następcą systemu z ISS jest SL-X1: kompaktowy, niskomocowy detektor promieniowania projektowany z myślą o platformach satelitarnych, w tym CubeSatach. Urządzenie oferuje pomiar TID, strumienia hadronów wysokoenergetycznych oraz zliczanie zdarzeń SEE w czasie rzeczywistym, przy zachowaniu prostoty integracji i standaryzowanych interfejsów.

Scalable Radiation Monitor (SRM) z komputerem SoMLabs SLS23 podczas testów EMC

Obecnie SigmaLabs pracuje nad wdrożeniem SL-X1 u dwóch partnerów realizujących misje CubeSat, co stanowi kolejny krok w kierunku operacyjnego wykorzystania systemu na rynku New Space.

Kierunek: sieci monitorów i dane jako usługa

W najbliższych latach SigmaLabs planuje dalszą komercjalizację swoich rozwiązań jako modułowych sensorów dla małych i średnich satelitów, a także rozwój usług analitycznych opartych na danych z orbity. Jednym z kierunków jest budowa sieci rozproszonych monitorów promieniowania na pokładach statków kosmicznych, umożliwiających tworzenie map środowiska radiacyjnego w czasie zbliżonym do rzeczywistego oraz lepszą korelację zdarzeń radiacyjnych z anomaliami systemów pokładowych.

Firma rozwija również zastosowania naziemne swoich technologii, m.in. w lotnictwie, medycynie i w systemach wymagających wiarygodnej dozymetrii.

Rosnąca liczba satelitów, megakonstelacje oraz planowane misje załogowe poza LEO sprawiają, że znaczenie wiarygodnych danych o promieniowaniu będzie tylko rosło. Dla SigmaLabs to przestrzeń do dalszego rozwoju w obszarze, który staje się jednym z fundamentów bezpieczeństwa i niezawodności przyszłych misji kosmicznych.

Konsultacja merytoryczna: dr inż. Krzysztof Sielewicz oraz dr inż. Marcin Patecki (SigmaLabs)

Serce systemu

Sercem systemu akwizycji i przetwarzania danych detektora Scalable Radiation Monitor jest opracowany i produkowany w Polsce przez firmę SoMLabs moduł z heterogenicznym procesorem NXP i.MX8Mmini.

Moduł z heterogenicznym procesorem NXP i.MX8Mmini, opracowany przez SoMLabs

Wykorzystanie gotowej jednostki obliczeniowej znacząco przyśpieszyło opracowanie Scalable Radiation Monitor (SRM) oraz zmniejszyło ryzyko projektowe.