Polscy programiści budują system kontroli misji ESA

Start rakiety trwa kilka minut, choć poprzedzają go długie przygotowania. Natomiast praca wyniesionego przez nią satelity może trwać wiele lat. Przez cały ten czas operatorzy muszą nadzorować stan urządzeń, przygotowywać zadania dla instrumentów i odbierać wyniki obserwacji.

W przypadku sond międzyplanetarnych dodatkowym wyzwaniem są opóźnienia łączności. Dlatego operatorzy muszą starannie planować sekwencje działań z dużym wyprzedzeniem.

Prowadzenie takich operacji umożliwia segment naziemny (ang. ground segment). Obejmuje on stacje łączności, centra kontroli i systemy informatyczne wspierające obsługę misji. Anteny zapewniają kontakt ze statkiem kosmicznym, a oprogramowanie pozwala odczytywać przesyłane informacje i przygotowywać odpowiednie polecenia.

Źródło: materiały prasowe

Segment naziemny odpowiada za kontrolę satelitów i sond

Dzięki współpracy tych elementów urządzenia znajdujące się setki kilometrów nad Ziemią lub zmierzające ku innym planetom mogą realizować swoje zadania. Od sprawności infrastruktury naziemnej zależy więc możliwość wykorzystania ich potencjału naukowego i gospodarczego.

Zależność ta jest szczególnie widoczna w codziennej pracy operatorów. Na podstawie telemetrii, czyli danych o stanie statku kosmicznego, oceniają oni warunki wykonywania kolejnych zadań.

System musi prawidłowo odebrać i zinterpretować informacje o temperaturze instrumentu czy poziomie naładowania akumulatorów. Następnie operatorzy zestawiają je z pozostałymi parametrami. Dopiero wtedy mogą bezpiecznie zaplanować obserwację lub przesłać komendę zmieniającą sposób pracy urządzenia.

Jeżeli temperatura przekracza dopuszczalny poziom, konieczna może okazać się zmiana harmonogramu. Natomiast przerwanie sesji łączności wymaga ponownego zaplanowania transmisji.

Operatorzy potrzebują również dostępu do archiwum, aby odtworzyć przebieg zdarzeń. Dzięki temu mogą ustalić, czy problem pojawił się nagle, czy narastał przez dłuższy czas. Jakość oprogramowania wpływa zatem na możliwość ochrony aparatury i ograniczania utraty danych. Jego znaczenie rośnie wraz z liczbą misji wymagających obsługi.

ESA rozwija wspólną infrastrukturę kontroli misji kosmicznych

Rosnącej skali działalności trudno sprostać, jeżeli każda kolejna misja wymaga rozbudowy osobnego zestawu narzędzi. Dodatkowym utrudnieniem jest konieczność utrzymywania różnych sposobów wymiany informacji.

Poszczególne satelity mają własne konfiguracje i procedury. Jednak wiele czynności związanych z ich kontrolą opiera się na podobnych mechanizmach. Ponowne opracowywanie tych samych funkcji zwiększa nakład pracy. Ponadto różnice między systemami utrudniają przenoszenie usprawnień.

Europejskie Centrum Operacji Kosmicznych ESA od lat korzysta ze wspólnej infrastruktury SCOS-2000. System ten rozwijał się wraz z potrzebami kolejnych misji. Stopniowe zastępowanie go rozwiązaniami nowej generacji umożliwia szersze wykorzystanie współczesnych technologii informatycznych oraz automatyzację operacji.

Źródło: materiały prasowe

PULSE i EGS-CC mają usprawnić obsługę europejskich misji

PULSE wprowadza wspólne ramy operacyjne, wykorzystujące między innymi European Ground Systems Common Core (EGS-CC). Rozwiązanie służy do monitorowania i kontroli misji przed startem statku kosmicznego oraz po jego rozpoczęciu.

System ma usprawniać obieg danych operacyjnych oraz współpracę narzędzi używanych przez różne zespoły. Jednocześnie umożliwia dostosowanie ich do wymagań konkretnego statku kosmicznego.

Satelita obserwujący Ziemię i sonda międzyplanetarna wymagają odmiennych procedur. Mogą jednak korzystać ze wspólnych mechanizmów obsługi danych i poleceń. Dzięki temu usprawnienia funkcji mogą służyć kolejnym misjom. Ponadto ujednolicony model danych ułatwia przejście od testów statku kosmicznego do jego późniejszej eksploatacji.

Wbudowane mechanizmy automatyzacji umożliwiają wykonywanie powtarzalnych czynności według zweryfikowanych procedur. Operatorzy mogą wówczas poświęcić więcej uwagi analizie sytuacji i decyzjom wymagającym doświadczenia. W dłuższej perspektywie współdzielenie rozwiązań ma ograniczać koszty rozwoju i utrzymania systemów. Jednocześnie powinno ułatwić obsługę większej liczby misji.

Konstelacja Swarm sprawdzi możliwości nowego systemu

Jednym z pierwszych zastosowań PULSE, które przewiduje ESA, jest migracja systemu kontroli konstelacji Swarm. Jej satelity badają pole magnetyczne Ziemi. Takie przejście wymaga weryfikacji współpracy narzędzi, sprawdzenia procedur oraz przygotowania zespołów. Zmiana oprogramowania musi bowiem uwzględniać potrzeby misji, która już działa.

Prace te mają również znaczenie dla europejskiej samodzielności technologicznej. Rozwijanie infrastruktury w Europie pozwala zachować wiedzę o jej działaniu. Ponadto umożliwia wprowadzanie zmian zgodnie z potrzebami operatorów. Udostępnianie rozwiązań na licencji ESA Community Licence ułatwia korzystanie z nich uprawnionym podmiotom europejskiego sektora kosmicznego.

W tym obszarze działa poznańska firma BitByBit, która uczestniczy w tworzeniu oprogramowania segmentu naziemnego dla ESA. Jej projekty obejmują kilka elementów EGS-CC, stanowiącego podstawę PULSE. Należą do nich internetowy interfejs operatora oraz usługi systemowe ri-services, które zapewniają komunikację interfejsu z pozostałymi komponentami.

Firma zajmuje się także walidacją scenariuszy i przygotowywaniem kolejnych wydań wspólnego rdzenia. Zakres tych prac pokazuje znaczenie kompetencji programistycznych dla działania infrastruktury kosmicznej. Interfejs musi czytelnie prezentować stan satelity i umożliwiać sprawną obsługę poleceń. Natomiast usługi działające w tle powinny dostarczać mu właściwe informacje.

Testy scenariuszy pozwalają sprawdzić, czy współpracujące komponenty realizują zadania zgodnie z wymaganiami. Ich automatyzacja pomaga również wykrywać sytuacje, w których zmiana jednej funkcji zakłóca działanie innych.

W ramach projektu EGS-CC Release Agent BitByBit integruje zatwierdzone zmiany. Jednocześnie dba o spójność kolejnych wydań obejmujących kod, modele, testy oraz dokumentację.

Kompetencje programistyczne Polski wspierają europejski sektor kosmiczny

Przykład poznańskiej firmy pokazuje, jak Polska może uczestniczyć w europejskich przedsięwzięciach kosmicznych dzięki kompetencjom w inżynierii oprogramowania. Tworzenie takich systemów wymaga rozumienia operacji, umiejętności integrowania usług oraz konsekwentnej weryfikacji ich działania. Zespół łączący te umiejętności może odpowiadać za komponenty wykorzystywane w wielu misjach. Ponadto może uczestniczyć w ich późniejszym utrzymaniu.

W przypadku BitByBit kolejne projekty umożliwiają gromadzenie w Polsce wiedzy o rozwiązaniach stanowiących część wspólnej europejskiej infrastruktury. Następnie firma może wykorzystywać te doświadczenia podczas dalszego rozwoju systemów. Dla krajowego sektora oznacza to możliwość budowania długotrwałych relacji z partnerami. Jednocześnie sprzyja rozwijaniu specjalizacji potrzebnych przez cały okres eksploatacji misji.

Wraz z rozbudową europejskich zdolności kosmicznych rośnie zapotrzebowanie na oprogramowanie zapewniające bezpieczne i sprawne wykorzystanie urządzeń wysyłanych w kosmos. Polscy programiści mogą dostarczać właśnie tę część infrastruktury, od której zależy codzienna praca satelitów i sond.