Blog W poszukiwaniu pierwszego polskiego satelity

W poszukiwaniu pierwszego polskiego satelity

22nd June 2021

W tytule tego wpisu kryje się pewnego rodzaju ironia. Właściwie cały pomysł na poszukiwania, o których zaraz przeczytacie, zaczął się od delikatnego uśmiechu na widok któregoś z kolei artykułu w krajowych mediach nieprawidłowo nazywającego Światowida pierwszym polskim satelitą (gubiąc gdzieś przymiotnik "komercyjnym"). Swoją drogą, nawet z uwzględnieniem tego przymiotnika, sensowność takiego sformułowania także można podważyć - na podobnej zasadzie moglibyśmy szczycić się "pierwszym polskim 2-kilogramowym satelitą", "pierwszym polskim satelitą z Torunia" albo "pierwszym polskim satelitą w kształcie ogórka". Możliwości są niezliczone...

I co właściwie znaczy "polskim"? Takim, budowanym tylko przez Polaków? Takim składającym się tylko z komponentów wytworzonych przez ojczyste firmy? Czy takim zintegrowanym w Polsce? A może chodzi o kraj, który został podany podczas rejestracji urządzenia w bazie ONZ lub fizyczną lokalizację formalnego właściciela satelity? A co w przypadku konsorcjów międzynarodowych, które wspólnie pracują nad wyniesieniem jednego ładunku? Więcej pytań niż odpowiedzi - można by się w związku z tym zastanowić czy taka klasyfikacja w ogóle jest do czegokolwiek przydatna, czy pozwoli jedynie wypełnić kolejną internetową tabelkę sortującą nasze orbitalne wysypisko z podziałem na pochodzenie.

Aby jednak wczuć się nieco w tę rodzimą zabawę semantyczną i kazus "pierwszego polskiego satelity", pozwoliłam sobie niniejszy tekst napisać w tonie lekko mniej poważnym niż pozostałe na tym blogu. Poważny natomiast okazał się sam research, który przy okazji tego artykułu udało się zrobić. Z początkowej zajawki i losowego googlowania przypadkowych zbitków słów stał się zajęciem praco- i czasochłonnym, ale jednocześnie niezwykle satysfakcjonującym i rozwijającym. Aby zebrać wszystkie te informacje na jeden w miarę spójny satelitarny stosik, niezbędne były rozmowy z ludźmi, którzy poniżej opisane projekty wymyślali, współtworzyli lub porzucali, co samo w sobie pozwoliło odkryć bardzo różnorodne spojrzenia na z pozoru jednolite sprawy.

Podkreślę jeszcze jedno, żeby było to napisane wprost i aby żadna z czytelniczek i żaden z czytelników nie miał wątpliwości co do moich intencji - niniejszy artykuł nie powstał w celu krytyki bądź ośmieszania któregokolwiek z “polskich” projektów satelitarnych. Jako osoba emocjonalnie zżyta i związana z tą gałęzią naszego sektora, zarówno personalnie, jak i zawodowo, szczerze uważam, że każda z przedstawionych poniżej inicjatyw zasługuje na ogromny szacunek - i takim właśnie je darzę. Czy to same plany robienia satelitów, które nie doszły nigdy do skutku, czy misje, które się odbyły - wszystkie elementy rodzimej satelitarnej układanki składają się na podwaliny tego, że obecnie możemy pochwalić się całkiem sprawnie dojrzewającym sektorem satelitarnym. Nawet jeżeli faktyczne misje nie zakończyły się sukcesem, nawet jeżeli ktoś gdzieś coś zawalił i merytorykę czy poziom techniczny konkretnego projektu, eufemistycznie mówiąc, ciężko uznać za state-of-the-art - one i tak się odbyły! A to i tak już dużo. Serio, szczególnie w tej branży.

Ale dość metaanaliz - przejdźmy do konkretów. Do poszukiwań pierwszego polskiego satelity.

W poszukiwaniu pierwszego polskiego satelity

"Polskie" satelity - czy rozpoznasz je wszystkie?

Pierwszy polski satelita, który był rosyjski

Za datę rozpoczęcia podboju kosmosu przez człowieka ogółem można by uznać datę 4 października 1957 roku, gdy Związek Radziecki umieścił na orbicie pierwszego sztucznego satelitę - 83-kilogramowego Sputnika 1. Wystarczyło kolejne parę lat, aby wysłać w kosmos pierwszą istotę ludzką i następne parę, aby śmiałym ruchem dotknąć powierzchni Księżyca. Mogłoby się wydawać, że jako kraj byliśmy wówczas bardzo daleko od sektora kosmicznego i jest to poniekąd prawdą, bo kosmiczna wojna odbywała się zupełnie poza naszym zasięgiem i zainteresowaniem, lecz mimo to zaskakująco szybko mogliśmy dołożyć do orbitalnych badań swoją cegiełkę.

Urządzenie, od którego zaczniemy, nie było tak naprawdę całym satelitą, ale jedynie (albo i aż?) ładunkiem naukowym do rosyjskiego satelity Interkosmos 9, który został wystrzelony na orbitę okołoziemską w pięćsetną rocznicę urodzin Mikołaja Kopernika, 19 kwietnia 1973 roku. O pięć lat wyprzedzając generała Mirosława Hermaszewskiego, radiospektrograf umieszczony na pokładzie Interkosmosu stał się pierwszym obiektem polskiego pochodzenia dryfującym ponad 100 kilometrów od powierzchni naszej planety, czyli za umowną granicą przestrzeni kosmicznej.

Interkosmos 9 (Kopernik 500) - radiospektrograf

Fig. 1 - Interkosmos 9 (Kopernik 500) - radiospektrograf

źródło: https://kik-sssr.ru/Interkosmos_IK-9_PhB.htm

Interkosmos 9 (Kopernik 500)

Fig. 2 - Interkosmos 9 (Kopernik 500) w pełnej okazałości

źródło: https://kik-sssr.ru/Interkosmos_IK-9_PhB.htm

Orbita Kopernika 500 (bo tak również nazywano tego satelitę) była dość ciekawa - mocno eliptyczna, z perygeum 200 km i apogeum 1550 km. W kosmosie przebywał niemal równo pół roku, zdeorbitował się po 2665 okrążeniach i ponad 600 sesjach komunikacyjnych (!). Misja, między innymi ze względu na świetnie prowadzoną komunikację, okazała się dużym sukcesem, a samo eksperymentalne oprzyrządowanie działało doskonale - udało się zebrać bardzo dużo danych dotyczących promieniowania radiowego Słońca oraz charakterystyki jonosfery. Pierwsze z badań było koordynowane przez Instytut Astronomii PAN, we współpracy z Centrum Badań Kosmicznych, a drugie przez jeden z rosyjskich instytutów naukowych.

Pierwsze polskie satelity, o których prawdopodobnie nikt już nie pamięta

Równolegle do rozwoju programu Interkosmos oraz już po jego zakończeniu, prowadzono prace nad innymi badawczymi urządzeniami, które mogłyby dostarczyć więcej informacji na temat charakterystyki promieniowania wokół naszej planety. Sztandarowym przykładem mogłyby być tu np. ładunki naukowe do projektów Koronas lub rakiet Wertikal, nad którymi badania prowadzili między innymi naukowcy z Politechniki Wrocławskiej we współpracy z Centrum Badań Kosmicznych. Głównym celem wspomnianych satelitów były badania procesów fizycznych zachodzących na Słońcu i ich wpływu na Ziemię - głównie za pomocą spektrometrów, pozwalających zmierzyć przepływy energii i promieniowania z rozbłysków słonecznych. Wspomniane już wcześniej CBK może pochwalić się dość imponującym portfolio, jeżeli chodzi o kosmiczne przyrządy pomiarowe z lat 80-tych i 90-tych. Niewiele się o nich niestety już obecnie słyszy i z racji, iż odbywały się jeszcze przed moim urodzeniem, ciężko mi stwierdzić, czy kiedykolwiek bywało o nich bardzo głośno.

W artykule z 2002 roku znalazłam informację, że “od 1970 r. polska aparatura służąca za każdym razem do badania procesów zachodzących w koronie słonecznej brała udział w dziewięciu misjach satelickich“. Pomimo wątpliwej odmiany ostatniego słowa, jest to liczba całkiem imponująca! Jak widać, polskie zespoły skupiały się głównie na badaniach związanych z fizyką i astronomią bardziej niż z samą inżynierią - ale warto podkreślić, że były to podwaliny tego, czym możemy się pochwalić obecnie.

Pierwszy polski satelita telekomunikacyjny, który nigdy nie powstał

A może by tak skonstruować całkowicie polskiego satelitę? Pomyślał ktoś, a że tych ktosiów pojawiło się więcej, w 1993 roku zawiązano konsorcjum o "wdzięcznej" nazwie Polspace. Podobno wstępny pomysł na nazwę brzmiał Polsat, ale niestety nazwa nie została zastrzeżona i słoneczko Polsatu świeci nam teraz jedynie z telewizorów, a nie z orbity okołoziemskiej.

Konsorcjum zrzeszało zarówno komercyjne firmy (które w latach 90-tych pojawiały się jak meteory w noc spadających gwiazd), jak i państwowe podmioty - wszystko w celu rozwoju polskiego sektora kosmicznego, który wówczas praktycznie nie istniał. Oprócz Centrum Badań Kosmicznych i Instytutu Lotnictwa, których działalność również miewała finansowe perypetie, tematyka kosmiczna była raczej pomijana ze względu na ogromne koszta i niewielką opłacalność. Pewien komercyjny sens dostrzeżono jednak w pomyśle satelity telekomunikacyjnego, którego można by umiejscowić na orbicie geostacjonarnej.

Polspace

Fig. 3 - Cel istnienia konsorcjum Polspace - brzmi nieźle!

źródło: Development and application of aerospace technology in Poland, J. Zieliński, J. Jarosiński, Z. Kłos, Z. Krawczyk, 1997

Według niektórych źródeł Polstar miał być zbudowany z rodzimych komponentów; według innych w całości kupiony w Stanach Zjednoczonych, tam zmontowany i dwa lata później przywieziony do Polski - być może oba pomysły były rozważane, lecz żaden z nich nie doszedł do skutku. Ówczesne ministerstwa nie zainteresowały się wsparciem aż tak wymagającego finansowo projektu i po paru latach bezskutecznych prób zdobycia funduszy, gwiazda Polstara zgasła już na zawsze.

Jako że Polstar miał być satelitą geostacjonarnym, pozwolę sobie na niewielką dygresję. Polska, jako kraj członkowski ITU (International Telecommunication Union) na mocy decyzji Światowych Konferencji Radiokomunikacyjnych (gwoli dziennikarskiej ścisłości: WARC-1985, WARC-1988, i późniejszych: WRC-2000, WRC-2003), dysponowała dwoma miejscami na orbicie geostacjonarnej - jednym na satelitę telekomunikacyjnego (15.2ºE), a drugim na transmitującego (50ºE), współdzielonym z ośmioma innymi krajami. Idea, aby wykorzystać pierwszy ze slotów i zapewnić dostęp do internetu na terenie naszego kraju za pomocą własnego orbitera, bez pośredników, pojawiła się nie tylko w kontekście Polstara, ale też później, w latach dwutysięcznych - miała jednak kilka istotnych wad. Okolice południka 15.2ºE były o tyle problematyczne, że otaczały go konstelacje Eutelsata (Hot Bird), pokrywające już terytorium naszego kraju i nadające na częstotliwościach zbieżnych z tymi przydzielonymi dla polskiego satelity. Dodatkowo, takie umiejscowienie nie pozwalałoby na łączności międzynarodowe - pokrycie sygnałem ograniczałoby się tylko do powierzchni naszego państwa. Analiza, na której się opieram, podkreśla jednak, że “Poland should not resign from its active participation in the process of satellite telecommunications development. The implementation of satellite projects implies the transfer and development of advanced technologies and is an important development driver.” oraz “A possible solution is to make an attempt at placing a national satellite for the purposes of Polish entities, institutions, organisations, etc. (e.g. government administration, local administration, border guards, fire brigade, police, education system, corporate communications). This system could also serve the purpose of national security or the implementation of a national strategy for the development of broadband communications”. I mimo iż sama analiza jest późniejsza niż koncepcja Polstara (pochodzi z 2004 roku), jak widać, podtrzymuje opinię, że potrzeba powstania takiego urządzenia wcale nie wygasła.

Szansa ta jednak nie została wykorzystana ani wtedy, ani później - według niektórych źródeł jedno z miejsc na orbicie geostacjonarnej odstąpiono na potrzeby konstelacji Eutelsat (“[...] okazało się, że niemożliwe jest wykorzystanie polskiego miejsca na orbicie. Za zgodą polskiej administracji umieszczono tam satelity Hot Bird.”), a drugiego losy są mi nieznane, być może wciąż moglibyśmy z niego skorzystać? Zdania na temat dostępności pierwszego slota również są podzielone - być może nie chodzi więc o przekazanie pozycji, lecz problematyczne bliskie sąsiedztwo wspomnianych satelitów? Cała sprawa wydaje się dość skomplikowana, więc nie będę wnikać w jej szczegóły - zainteresowanych odsyłam m.in. do artykułu “Kosmiczna blokada” i własnych poszukiwań prawdy.

Odwijając stos i powracając do tematu - samo Polspace działało prężnie w latach 2003-2010, jako firma skupiona na rozwijaniu technologii kosmicznych, pośrednicząc w kontaktach polskiego środowiska kosmicznego a Europejską Agencją Kosmiczną (której wówczas nie byliśmy jeszcze członkami), a także realizując projekty naukowe (m.in. "PI of the Sky"). Spółka formalnie istnieje do dziś (kto z Was wypatrzy wybitnie kosmicznego członka rady nadzorczej? :)), lecz według KRS od 11 lat jest w stanie likwidacji.

Pierwszy niedoszły polski międzynarodowy satelita

Wróćmy do lat 90-tych. Po przemianach społecznych, politycznych i gospodarczych, które miały wówczas miejsce, okazało się, że możemy spróbować naszych sił w tematyce satelitarnej również we współpracy z krajami europejskimi. Wtedy też, wśród członków tzw. Hexagonale, czyli Inicjatywy Środkowoeuropejskiej (do której wciąż, jako Polska, należymy) pojawił się pomysł budowy międzynarodowego satelity o charakterze naukowym - Cesara. Integrację planowano we Włoszech, w Turynie, a zadania dotyczące budowy poszczególnych komponentów rozdzielono na kraje członkowskie IŚE. W Polsce, a dokładniej w firmach zrzeszonych we wspomnianym już konsorcjum Polspace, miały powstawać kolejno: struktura urządzenia, mechanizmy do rozkładania anten, a także spektrometr fourierowski. Niestety jednak cały projekt zakończył się na fazie A. Zabrakło finansowania na tak ambitne projekty, a okołopolityczne problemy związane z rozpadem Jugosławii stały się ostatecznym ciosem w los Cesara.

O misji Cesar

Fig. 4 - O niedoszłej misji Cesar...

źródło: Development and application of aerospace technology in Poland, J. Zieliński, J. Jarosiński, Z. Kłos, Z. Krawczyk, 1997

Pierwszy polski wojskowy satelita - tak tajny, że aż nieistniejący

Mazovia to ciekawostka, o której nie znalazłam za dużo informacji - od rozmówców jedynie krótką wzmiankę, że tak, był taki pomysł, i parę niedbałych wzruszeń ramion. Jako źródło do tego akapitu posłużyły mi więc losowe artykuły, w większości kopiujące informacje od siebie nawzajem, według których Mazovia miał zostać pierwszym polskim satelitą wojskowym - prawdopodobnie obserwacyjnym. Ta koncepcja, którą pierwotnie datować można na okolice 2007 roku, powracała jeszcze w różnych postaciach, a temat budowy wojskowych obiektów orbitalnych przewija się w mediach i dokumentach w różnej formie aż do teraz.

Kto miał budować Mazovię? Nieoficjalne dane mówią o Centrum Badań Kosmicznych i prawdopodobnie miałoby to sens w tamtych latach. “Polski satelita ma podnieść możliwości bojowe Wojska Polskiego i jego rangę wśród sojuszników w NATO. Zdjęcia satelity umożliwią rozpoznawanie obiektów o wielkości dwa na dwa metry i jego głównym celem będzie właśnie dostarczanie fotografii obserwowanego terytorium. Mazovia będzie wyposażona w nowoczesną kamerę o wysokiej rozdzielczości i ma powstać w ciągu najbliższych czterech lat, a na orbicie ma funkcjonować przez kolejne 5-6 lat.“ - można przeczytać takie dumnie, lecz nierealnie brzmiące zdania w jednej ze wzmianek z 2008 roku, a w innej znaleźć nawet dość szczegółowe konkrety dotyczące finansowania projektu: “Ministerstwo Obrony Narodowej, które sfinansuje przedsięwzięcie w ramach dziesięcioletniej strategii rozwoju sił zbrojnych”. Do tej pory nie wiem, czy ktoś podchodził do tego projektu na poważnie i czy kiedykolwiek doszedł on chociaż do fazy A - i prawdopodobnie nigdy się nie dowiemy. Spuśćmy więc na Mazovię zasłużoną zasłonę milczenia - jak na projekty wojskowe przystało.

Pierwszy międzynarodowy studencki satelita z polskim wkładem (i tym razem się udało!)

Dla odmiany akcent pozytywniejszy - a przynajmniej częściowo. Przed Wami pierwszy projekt z polskim studenckim wkładem naukowym, który znalazł się na orbicie. Przedstawiam Wam SSETI Express - ekspresowego satelitę, który, cytując jednego z moich rozmówców: "szybko poleciał i szybko umarł". Jak na express przystało.

Ale zacznijmy od tła tej historii. Są wczesne lata dwutysięczne. Polska nie należy jeszcze do grupy krajów członkowskich Europejskiej Agencji Kosmicznej. To problem, bo podjęcie każdej inicjatywy wymaga specjalnych umów i warunków współpracy. Jeden z profesorów z Politechniki Wrocławskiej zostaje zaproszony do siedziby ESA, aby porozmawiać o projekcie ESEO - European Students Earth Orbiter. Ma to być pierwszy studencki satelita, na dodatek międzynarodowy - różne zespoły mają tworzyć swoje komponenty, aby finalnie, podczas integracji, połączyć je i wysłać na orbitę. Projekt jednak ciągnie się latami - TRL (Technology Readiness Level) poziomu 3, czyli faza przejścia z projektu do realizacji tak zwanego proof-of-concept, zaliczana jest trzykrotnie. Pomysłodawcy toną w papierologii, lecz nie powstają ani urządzenia ani oprogramowanie, które można by realnie wysłać na orbitę.

ESA decyduje, że pora porzucić ciągnący się projekt i zbudować coś w skończonym terminie. SSETI Express miał być właśnie taki - ekspresowy - od momentu podjęcia decyzji o rozpoczęciu budowy (marzec 2004) do integracji (marzec 2005) mija zaledwie rok. To ekstremalnie krótki czas, szczególnie gdy nad koncepcją pracuje kilka rozrzuconych po Europie zespołów. Na szczęście nie wszystko trzeba było budować od zera. Część elementów "odziedziczono" z ESEO, a tylko niektóre stworzono specjalnie na potrzeby SSETI. Polski zespół z Politechniki Wrocławskiej zajmował się podsystemem komunikacyjnym satelity, a w szczególności antenami obsługującymi pasmo S-band; we Wrocławiu wykonano również obudowę dla całego radia. W projekcie znajdziemy jeszcze jeden rodzimy akcent - grupa operatorów z Politechniki Warszawskiej dostała za zadanie zajęcie się prowadzeniem misji i sesjami komunikacyjnymi z satelitą. Nie zdążono zbudować stacji naziemnej w stolicy, więc komunikację zdecydowano się realizować z głównej stacji naziemnej ulokowanej w Aalborg w Danii, a następnie, zdalnie, również ze Svalbard w Norwegii. Zespół OPER dostał jako zadanie przygotować procedury związane z komunikacją i zaplanować kolejność wysyłanych do satelity komend, tak aby jak najsprawniej przeprowadzić misję.

Pierwszy satelita w kształcie pralki?

Fig. 5 - SSETI Express - pierwszy satelita w kształcie pralki?

źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/SSETI_Express_Satellite

Jaki dokładnie był cel misji SSETI Express? Satelita, oprócz funkcji edukacyjnej, miał służyć jako deployer i wypuścić w przestrzeń kosmiczną trzy nanosatelity (XI-V, UWE-1 i Ncube-2), a także wykonać zdjęcia Ziemi i przetestować przemiennik UHF, pozwalający na komunikację radioamatorom. Samo radio na paśmie S-band również było eksperymentalne - miało umożliwić szybszy przesył informacji i zdjęć do stacji naziemnych.

SSETI Express został zintegrowany, czyli połączony w całość, w siedzibie ESTEC w Noordwijk, w Holandii. Podczas samej integracji powstał jeden z ciekawszych dokumentów, jakie można znaleźć na temat wysłanych w kosmos satelitów, czyli Integration Logbook. Warto go przejrzeć, aby zobaczyć, jak w tamtych latach składano orbitery - nie jest to już obecny state-of-the-art, ale i tak bardzo wartościowy przykład inżynierii kosmicznej. Satelita został wystrzelony na rakiecie Kosmos 3M z kosmodromu Plesieck w Rosji 27 października 2005 roku. Według źródeł był to aż 436 start rakiety tego typu. Wszystko poszło zgodnie z planem i satelitę z sukcesem umieszczono na orbicie. Jednym z celów SSETI było wspomniane już wypuszczenie trzech CubeSatów, czego również dokonano (i nawet dwa z nich zadziałały poprawnie!), lecz zaledwie 8 godzin później urządzenie zamilkło na zawsze. Na podlinkowanej już stronie internetowej dostępna jest również bardzo skrótowa relacja z przebiegu misji, która po tych kilku godzinach tajemniczo się urywa….

Integracja satelity SSETI Express

Fig. 6 - Integracja SSETI Express i pomiar promieniowania anten w paśmie S-Band

źródło: prywatne archiwum Damiana Wydymusa

Pojemnik z jednym z CubeSatów

Fig. 7 - Pojemnik z jednym z CubeSatów, który miał zostać wypuszczony na orbicie

źródło: prywatne archiwum Damiana Wydymusa

Co się stało? Przyczyną niepowodzenia misji SSETI Express był prawdopodobnie felerny układ zasilania. Jeden z elementów sterujących przepływem energii uległ zniszczeniu i baterie przestały się ładować. Radia S-Band nie zdążono nawet uruchomić, więc eksperymentalne anteny polskich naukowców niestety nie zostały nigdy przetestowane.

Co ciekawe, SSETI krąży na orbicie do dziś. Został umieszczony na orbicie SSO, około 700 kilometrów nad powierzchnią naszej planety, dlatego czas jego deorbitacji może zająć nawet kilkadziesiąt lat.

SSETI Express dalej okrąża naszą planetę

Fig. 8 - SSETI Express dalej "radośnie" okrąża naszą planetę

źródło: www.tracksat.space

Drugi międzynarodowy studencki satelita z polskim wkładem

Równolegle do SSETI Express rozwijał się kolejny międzynarodowy studencki projekt satelitarny koordynowany przez ESA. Inicjatywa pod nazwą YES-2, czyli Young Engineers' Satellite 2, zrzeszała nawet 400 studentów i studentek z całej Europy - tym razem w nieco dziwniejszym celu. Pomysł na eksperyment, który satelita miał testować, wydaje się nieco szalony - znajdujące się na orbicie urządzenie miało wypuścić 30-kilometrową (!) syntetyczną linę o grubości pół milimetra, aby rozhuśtać na niej specjalną kapsułę i pozwolić na jej szybki powrót na Ziemię. Fotino, bo tak nazywał się “zrzucany” ładunek, miał wylądować gdzieś na kazachstańskich stepach. Testowane rozwiązanie miało być w przyszłości tzw. “SpaceMail”, pozwalając na zrzucenie wyników przeprowadzanych na orbicie eksperymentów ze stacji kosmicznych lub satelitów. Wciąż uważam, że to trochę niezwykła idea, ale totalnie przykuwająca uwagę i rozbudzająca wyobraźnię - bitrate downlinku danych z satelity jest za krótki? Po prostu zrzućmy na Ziemię kartę SD! Jednym słowem: taki SneakerNet, tyle że w wersji kosmicznej.

YES-2 został umieszczony na rosyjskiej platformie Foton-M3, która wyniosła w przestrzeń kosmiczną również inne eksperymenty ESA. Na Fig. 9 i 10 możecie zobaczyć, jak zbudowany był ładunek - szczególnie ogromna szpula z ponad 30-kilometrową linką robi duże wrażenie.

Szpula z linką w YES-2, źródło: ESA

Fig. 9 - Szpula z linką w YES-2

źródło: ESA

YES-2 na platformie, źródło: ESA

Fig. 10 - YES-2 na platformie

źródło: ESA

Jako że misja YES-2 znalazła się w tym zestawieniu, warto wspomnieć o polskim wkładzie w jej realizację. Zespół z Politechniki Warszawskiej (zresztą w podobnym składzie co ten uczestniczący w SSETI Express) zajął się budową stanowiska pomiarowego do testów rozwijania hiperdługiej linki. Celem było przede wszystkim sprawdzenie mechanizmu w warunkach zmniejszonej gęstości powietrza, a także skonstruowanie odpowiedniej obudowy do części elektroniki ładunku. Parę osób z Polski odpowiedzialnych było również za komunikację z kapsułą Fotino i zaplanowaną w związku z tym wycieczkę do Kazachstanu (patrz Fig. 11).

Jak poszła misja? Satelita został wystrzelony na niską orbitę okołoziemską 14 września 2007. Wypuszczanie linki (która, przypominam, miała długość niemal czterech Mount Everestów ułożonych jeden na drugim) miało być dwuetapowe. Proces rozpoczęto już jedenaście dni po rozpoczęciu misji. Pierwszy etap przebiegł zgodnie z planem, a podczas drugiego nastąpił delikatny “overdeployment” (wypuszczono 31.7 kilometra zamiast 30 kilometrów linki) - ale w granicach wytrzymałości i linki i systemu. Co ciekawe, parę polskich źródeł (w tym Wikipedia) podaje, że drugi etap przebiegł nieprawidłowo i linka nie rozwinęła się w całości - co jednak łatwo zdementować, czytając którąkolwiek z publikacji powstałą po projekcie (np. tekst Data Analysis of a Tethered SpaceMail Experiment, uwzględniony w źródłach niniejszego wpisu). Dane dotyczące stanu “wahadła” zostały pobrane, więc można odtworzyć cały proces bardzo dokładnie i zobaczyć, że ta część misji poszła zgodnie z planem - mimo to poprawnie rozhuśtane i “zrzucone” na Ziemię Fotino nigdy nie nadało żadnej ramki, a poszukiwania kapsuły na kazachstańskich stepach (w których uczestniczyli również studenci Studenckiego Koła Astronautycznego) zakończyły się fiaskiem. Nie wiadomo czy osłona termiczna zawiodła i ładunek spłonął w atmosferze, czy to tylko nadajnik radiowy nie przetrwał podróży, a kapsuła wciąż leży gdzieś na stepie, przykryta piachem, czekając na odnalezienie. Marcin, z którym rozmawiałam o tym projekcie, wspomina, że na spadochronie napisano numer kontaktowy, ale prawdopodobnie zawierał on… literówkę. Nawet jeżeli komuś udało się odnaleźć Fotino, skontaktowanie się z jego poszukiwaczami graniczyłoby więc z cudem.

Mobilna stacja naziemna projektu YES-2

Fig. 11 - Mobilna stacja naziemna projektu YES-2

źródło: Radio communications systems for small satellites based on Polish experience, M. Stolarski, G. Woźniak

Z pozytywnych faktów: YES-2 stał się najdłuższą sztuczną strukturą w kosmosie, co pozwoliło uwzględnić go w Księdze Rekordów Guinessa. Marne pocieszenie dla błąkających się po Kazachstanie zespołów, ale zawsze coś. Poza tym samą misję uznano za udaną - jej celem było przetestowanie stricte wahadła, a nie samej “re-entry capsule”. Zainteresowanych odsyłam do wyszczególnionych w źródłach publikacji - a osobiście jestem bardzo ciekawa, czy koncepcja SpaceMaila jeszcze kiedyś powróci.

Pierwszy polski satelita - I TO NAPRAWDĘ!

Ta da! Oto przed Wami prawdziwy i jedyny: pierwszy polski satelita. Ale który to już rozdział? :)

Wyłączając ironię: tego statusu PW-Satowi ciężko odmówić, bo przy jakiejkolwiek kategoryzacji zapewne taki medal mógłby otrzymać. Pomimo paru dość istotnych błędów na etapie planowania i konstrukcji, niemal nieskończonego procesu powstawania i w końcu dość szybkiej śmierci na orbicie, był pierwszym niemal w całości stworzonym w Polsce obiektem kosmicznym.

Ale wróćmy do początku.

Historia PW-Sata sięga roku 2004, gdy na Politechnice Warszawskiej, w kole naukowym SKA, podjęto decyzję o budowie CubeSata. Był to wówczas bardzo nowy standard (na orbicie można było znaleźć zaledwie siedem takich konstrukcji!), ale też szybko zyskujący na znaczeniu i popularności. Niewielka kosteczka, w standardzie 1U, czyli o rozmiarach około 10x10x10cm miała przetestować innowacyjny system do deorbitacji małych satelitów. Dłuższy czas rozważano koncepcję balonu, który miał otworzyć się na orbicie, i, zwiększając opór aerodynamiczny, sprowadzić go szybciej do atmosfery; później pojawił się pomysł żagla z folii mylarowej, wykorzystującego drut "zapamiętujący kształt" - finalnie stanęło jednak na projekcie opóźniającego ogona zbudowanego z elastycznych ogniw fotowoltaicznych.

Projekt rozpoczął się oficjalnie wiosną 2005 roku i miał ambitne założenia - w rok planowano zaprojektować, zbudować i przetestować prototyp pierwszego polskiego satelity. Podjęto decyzję, aby wszystkie komponenty stworzyć samodzielnie (zamiast skorzystać z gotowych, dostosowanych do standardu CubeSat podzespołów), co bardzo utrudniło pracę nad urządzeniem. Nie pomógł również sam skład zespołu, który zrzeszał przede wszystkim studentów początkowych lat studiów - ci, skupieni na egzaminach i zaliczeniach, nie mieli zbyt dużo czasu na rozwój PW-Sata. Idea zaczęła powoli się rozmywać, aż do chwili, gdy ESA ogłosiła planowany pierwszy lot rakiety Vega i… wolne miejsca na studenckie CubeSaty! W obliczu takiej szansy zespół z nowym entuzjazmem zabrał się do pracy. Patrząc na to z kilkunastoletniej perspektywy, to właśnie fakt, że był to debiutancki lot rakiety, poniekąd umożliwił debiut naszemu polskiemu satelicie - nie dość, że koszt wystrzelenia był znikomy, to start parokrotnie opóźniano, co dało zespołowi PW-Sata czas na skonstruowanie urządzenia i przygotowanie się do misji.

Finalnie koncepcja i zespół budujący PW-Sata zmieniały się kilkukrotnie. A jako ciekawostkę wspomnę, że nawet… równolegle. Sam PW-Sat istniał jeszcze w zupełnie innym wydaniu i nawet pod inną nazwą. W opisie modelu inżynierskiego z 2009 roku znajdziemy nawet wzmiankę, że urządzenie to dwa połączone projekty satelitów: znany PW-Sat i mniej znany 1st STEP.

Fragment dokumentu PW-Sat. 2nd Engineering Model

Fig. 12 - To mały STEP dla człowieka, a wielki dla PW-Sata

źródło: PW-Sat. 2nd Engineering Model, 2009

Część podzespołów, które pierwotnie miały być wykonane na Politechnice, finalnie zakupiono, ale sam szkielet, elementy mechaniczne, elektroniczne i eksperyment z ogonem zbudowali studenci, we współpracy z inżynierami z Centrum Badań Kosmicznych. Z racji na zbliżający się deadline, ustanowiony przez ESA, integracja i testy satelity przeprowadzone były w dużym pośpiechu. Na szczęście udało się uzyskać wszystkie niezbędne certyfikaty na czas i satelita 13 lutego 2012 znalazł się w zasobniku eksperymentalnej rakiety Vega, na platformie startowej w Gujanie Francuskiej. Tutaj druga wielka chwila - czy poleci? Nie wybuchnie? Dotrze na orbitę?...

Tak, trzy razy tak! Udało się. Domyślam się, że uczucia, które przewijały się wtedy u członków i członkiń zespołu PW-Sat to przede wszystkim ogromna radość, ulga i też… niedowierzanie - po tak wielu latach trwania projektu, praktycznie 8 latach od początkowej idei, lot w kosmos musiał wydawać się celem niemalże nieosiągalnym. A jednak, misja zbudowania i wysłania faktycznego pierwszego polskiego satelity na orbitę okazała się ogromnym sukcesem.

Niestety niedługo potem zaczęły się problemy. Co prawda PW-Sat odezwał się od razu i nadawał telemetrię zgodnie z planem (pierwsze ramki z danymi odebrali radioamatorzy z USA zaraz po wystrzeleniu), lecz zespół operacji naziemnych miał problem z komunikacją z urządzeniem. Nie dość, że satelita odpowiedział poprawnie tylko na dosłownie kilka z przesłanych kilkudziesięciu komend, to zaczął szybko się rozładowywać. Budżet energetyczny kosteczki prawdopodobnie został źle policzony, a przez problemy z komunikacją nie udało się zwiększyć interwału beacona (cyklicznej wiadomości wysyłanej przez satelity), co mogłoby zatrzymać rozładowywanie baterii. Próba otwarcia ogona deorbitacyjnego również zakończyła się fiaskiem. Brak histerezy w układzie zasilania, czyli błąd, który jeszcze powróci w tym artykule, spowodował wejście satelity w pętlę restartów i finalnie niepowodzenie orbitalnej części misji.

Gotowy model lotny PW-Sata

Fig. 13 - Gotowy model lotny PW-Sata

źródło: PW-Sat: Made in Poland!, AstroNautilus, Nr 18, 1/2012

Wizualizacja PW-Sata na orbicie z rozłożonym ogonem

Fig. 14 - Wizualizacja PW-Sata na orbicie z rozłożonym ogonem - robi wrażenie!

źródło: https://warszawa.wyborcza.pl/warszawa/7,54420,11105778,warszawski-satelita-leci-w-kosmos-glowny-cel-splonac.html

Co było przyczyną problemów PW-Sata? Jak zazwyczaj w tego typu projektach - powodów było więcej niż tylko jeden. Jako pierwszy i najprostszy do zdefiniowania można wskazać błędnie wyestymowany budżet energetyczny. W uproszczeniu: satelita do działania potrzebował więcej prądu niż uzyskiwał z paneli słonecznych, więc od momentu umieszczenia na orbicie stopniowo się rozładowywał. Kampania testowa i integracja wykonywane w przyśpieszonym tempie spowodowały również, że kosteczka poleciała z oprogramowaniem w wersji deweloperskiej, a nie produkcyjnej. Czy miało to wpływ na jej finalne losy? Być może, ale to już tylko spekulacje. Prawdą jest natomiast, że sama misja i scenariusz operowania satelitą nie zostały odpowiednio szczegółowo przygotowane wcześniej, a fakt, iż część zespołu udała się na start rakiety do Gujany Francuskiej, dodatkowo opóźnił rozpoczęcie prób komunikacji z urządzeniem. Warto też wspomnieć, że według niektórych źródeł moduł radiowy PW-Sata był wadliwy, co mogło stanowić kolejną przyczynę problemów z nawiązaniem łączności. Nie zostało to jednak nigdy formalnie udowodnione. Na pewno duża rotacja członków zespołu, wiele zmian koncepcji i bardzo długi czas trwania projektu również nie pozostały bez wpływu na jego powodzenie.

Projekt PW-Sat ciężko jednak uznać za porażkę. Jako pierwszy polski satelita spełnił swoją najważniejszą funkcję - edukacyjną, i zrobił to dobrze. Jednej rzeczy personalnie mi szkoda - że oprócz prezentacji dla ESA z krótkim podsumowaniem, nie powstało z niego oficjalne “Lessons learned” i kolejne pokolenia studentów mogły uczyć się z tylko szczątkowo dostępnej dokumentacji i osobistych rozmów z uczestnikami. Ale tak czy siak - przetarł szlaki kolejnym projektom satelitarnym i pokazał, że studenci również mogą mieć swój wkład w rozwój polskiego sektora kosmicznego. I dobrze!

Pierwszy polski naukowy satelita (i drugi w bonusie!)

Pomimo lekkiego uśmiechu, które zawsze towarzyszy mi przy wizycie na stronie projektu BRITE, przeglądania materiałów o satelitach Lem i Heweliusz czy nawet… picia kawy (patrz Fig. 16 :)), te dwa satelity stanowią niezwykły fenomen, nad którym zdecydowanie warto się pochylić. I mimo iż fraza PIERWSZY POLSKI SATELITA NAUKOWY niemal wypala oczy, to i tak ten duet zasłużył na moją nieskończoną sympatię. I to nie tylko dlatego, że dzięki uprzejmości Grzegorza mogłam odwiedzić Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika i pomachać ogromną anteną. Serio, ciekawych rzeczy kryje się tu zdecydowanie więcej.

Tym razem powróćmy myślami do okolic 2010 roku. To właśnie wtedy w Centrum Badań Kosmicznych rozpoczęto budowę Lema - pierwszego z dwóch polskich satelitów międzynarodowej konstelacji BRITE. Bright-star Target Explorer to program konsorcjum kanadyjsko-austriacko-polskiego, którego celem było utworzenie konstelacji nanosatelitów zdolnych do obserwacji gwiazd jaśniejszych niż Słońce. Satelity powstały na platformie CanX, wszystkie o rozmiarach 20x20x20 cm i wadze około 6 kilogramów. Miało być ich sześć, lecz finalnie na orbicie znalazło się pięć - jedno z urządzeń pozostało w członie rakiety nośnej i nigdy nie zostało wypuszczone.

Anteny stacji naziemnej Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika

Fig. 15 - Anteny stacji naziemnej Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika

źródło: archiwum prywatne autorki

Najlepszy kubek do kawy towarzyszącej pisaniu tego artykułu :)

Fig. 16 - Najlepszy kubek do kawy towarzyszącej pisaniu tego artykułu :)

źródło: archiwum prywatne autorki

Podzespoły obu satelitów z Kanady trafiły do siedziby CBK, gdzie w specjalnym laboratorium przygotowano stanowisko testowe (tzw. FlatSat), na którym sprawdzano poprawność działania systemu przez niemal rok, aż do ostatecznej integracji. Większość elektroniki była częścią wspomnianej już kanadyjskiej platformy - w Polsce powstała natomiast sama struktura mechaniczna, układ zasilania, nadajnik na S-Band, który miał wysyłać beacona CW dla radioamatorów, i innowacyjne osłony przeciw promieniowaniu do Heweliusza. Dodatkowo, w sąsiednim budynku Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika (CAMK), postawiono stację naziemną i anteny, które miały umożliwić komunikację w pasmach radiowych UHF, VHF i S-band.

Jaki był cel misji BRITE? Satelity zostały wyposażone w specjalne teleskopy, które umożliwiają przeprowadzanie obserwacji astronomicznych najjaśniejszych gwiazd w wybranych obszarach nieba i monitorowanie zmian ich jasności. Trzy z sześciu urządzeń w konstelacji miało pracować z niebieskim filtrem (wśród nich - Lem), a pozostałe trzy z czerwonym (na czele z Heweliuszem), tak aby obrazy pulsujących gwiazd były komplementarne. Zdjęcia są realizowane z dość długim naświetlaniem, około 1-7 sekund, dlatego bardzo ważna jest stabilizacja i ustawienie urządzenia w kierunku wybranej gwiazdy. O tym, które ciała niebieskie są obiektami badań decydują zaangażowani w projekt astronomowie. Co ciekawe, optyka została specjalnie ustawiona tak, aby obraz był nieostry - światło gwiazdy jest wówczas rozmyte na kilkanaście pikseli i łatwiej zauważyć zmiany w jasności obiektów (zainteresowanych odsyłam do poczytania o tzw. PSF point i przejrzenia publikacji załączonych pod artykułem).

Satelita Lem w konfiguracji FlatSat

Fig. 17 - Satelita Lem w konfiguracji FlatSat

źródło: http://www.brite-pl.pl/docs/Lem_PakietInformacyjny.pdf

Satelita Lem podczas integracji

Fig. 18 - Satelita Lem podczas integracji

źródło: http://www.brite-pl.pl/docs/Lem_PakietInformacyjny.pdf

Lem poleciał w kosmos jako ładunek rakiety Dniepr w listopadzie 2013, a Heweliusz dołączył do niego niecały rok później (tym razem korzystając z chińskiego kosmicznego środka transportu). Oba znajdują się na SSO (sun-synchronous orbit), około 650 km nad powierzchnią Ziemi. Tak jak wspominałam już w artykule o orbitach, na ich deorbitację będziemy musieli poczekać jeszcze nawet pół wieku. Czas realizacji samej misji naukowej był przewidywany na około 2-3 lata, lecz okazało się, że satelity dostarczają tak wielu interesujących astronomicznych danych, że warto dalej kontynuować projekt. Niestety BRITE wciąż boryka się z problemami finansowymi, bo mimo iż polska astronomia jest w europejskiej czołówce w kwestii osiągnięć naukowych, to wciąż pozostaje dziedziną mocno niedocenianą i bardziej teoretyczną niż praktyczną. Tym bardziej więc za duży sukces można uznać aż 8 lat (!) nieustannego trwania projektu i wciąż funkcjonujący zespół operatorski w CAMK, który miałam okazję odwiedzić. Tu warto też wtrącić, że oba satelity zasługują na jeszcze jedną etykietę: pierwszych tak długo działających polskich obiektów kosmicznych. Szanuję!

Jeszcze raz bardzo dziękuję za możliwość pogaduszek z Heweliuszem i trzymam kciuki za dalsze 8 lat z chyba najładniej nazwanymi polskimi satelitami.

A jako bonus, dla osób o mocnych nerwach przedstawiam dwa odnośniki:

Ostrzegam, że klikacie na własną odpowiedzialność :).

Pierwszy polski czwarty satelita

Wracamy na uczelnię! W rocznicę wystrzelenia na orbitę PW-Sata, czyli w lutym 2013 roku, na Politechnice Warszawskiej zbiera się grupa osób i zostaje podjęta decyzja: powstanie wersja druga. Lepsza. Większa. Ale celem ponownie - deorbitacja. Tym razem niemal od razu pada na żagiel deorbitacyjny: zamiast wymyślnych ogonów czy balonów, po prostu ogromny kosmiczny parasol, który zwiększy opór aerodynamiczny i przyspieszy drogę CubeSata w kierunku atmosfery.

PW-Sat2 to niewątpliwie misja niezwykle udana. Chciałam również napisać, że to prawdopodobnie również jedyna, której twórcy nie chwalą się swoim pierwszeństwem, ale jednak - internet, jak zawsze niezawodnie, pozwolił mi odnaleźć dowód obalający tę tezę. Etykietka “pierwszy polski satelita, który wykonał zdjęcie Ziemi” - nadana! Swoją drogą, sama historia kamer na pokładzie PW-Sata2 jest całkiem interesująca. Pierwotnie miały one służyć wyłącznie do potwierdzenia, czy żagiel deorbitacyjny został poprawnie otwarty - a finalnie stały się elementem wykorzystywanym podczas niemal każdej sesji komunikacyjnej. Z punktu widzenia osoby operującej satelitą zrobienie prawdziwego zdjęcia z orbity to za każdym razem niesamowita przygoda i wielka satysfakcja. Szczególnie, że PW-Sat2 nie miał możliwości kierowania się na konkretny cel, więc fotografowanie zawsze było loterią - czy uda się ustrzelić Ziemię, czy jednak trafi się bezkresna czerń kosmosu? Czy zobaczymy zarys Helu, czy jednak cała Europa pokryta będzie chmurami? Czy Antarktyda istnieje?

Oprócz żagla deorbitacyjnego, który finalnie przyśpieszył koniec misji (z kilkunastu/kilkudziesięciu lat na SSO do zaledwie dwóch), w PW-Sacie2 znalazły się również inne interesujące eksperymenty: czujnik słońca, czujnik promieniowania i rozkładane panele słoneczne. Ich dokładny opis można znaleźć na stronie projektu, więc nie będę powielać zawartych tam informacji - zainteresowanych odsyłam również do oficjalnej dokumentacji i GitHuba. Dodam tylko, że oprogramowanie do komputera pokładowego zostało zaimplementowane finalnie przez zespół z firmy Future Processing, którego pracownicy stworzyli później podwaliny KP Labs, gdzie mam przyjemność działać obecnie.

Co ciekawe, praca nad projektem szła dość powoli. Od pomysłu do wystrzelenia PW-Sata2 minęło 5 lat - inicjatywa cierpiała na podobne problemy co PW-Sat i inne studenckie satelity. Dzięki niezwykłemu samozaparciu zespołu udało się je jednak rozwiązać i PW-Sat2 poleciał na orbitę Falconem 9, z bazy Vandenberg w USA, finalnie 3 grudnia 2018 roku (chociaż sam termin startu był parokrotnie przekładany). Obustronną łączność nawiązano już po kilku godzinach od wyniesienia na orbitę, a kolejny dzień później przesłano na Ziemię wspomniane już słynne zdjęcie naszej planety. 29 grudnia otwarto żagiel deorbitacyjny (wcześniej niż zakładano pierwotnie), obawiając się najgorszego - zasłonięcia anten i paneli słonecznych, a w związku z tym problemów z komunikacją i zasilaniem. Czarne scenariusze jednak się nie sprawdziły: świetnie skonstruowany podsystem zadziałał poprawnie, a satelita zmienił charakterystykę swojej orbity (co doskonale widać na wykresach). Po kilku dniach zauważono rozdarcia na żaglu, co tylko nieznacznie wpłynęło na jego skuteczność - ale ułatwiło robienie ładniejszych fotografii Ziemi.

Wizualizacja PW-Sata2 z rozłożonym żaglem deorbitacyjnym

Fig. 19 - Wizualizacja PW-Sata2 z rozłożonym żaglem deorbitacyjnym

źródło: www.pw-sat.pl

Zdjęcie, które zrobiłam w lipcu 2020

Fig. 20 - Zdjęcie, które zrobiłam "oczami" PW-Sata2 w lipcu 2020. Widać porwany żagiel i charakterystyczny fragment Europy

źródło: prywatne archiwum autorki

Wiosną 2019 roku na PW-Sata2 wgrano nowe oprogramowanie, które umożliwiało uruchomienie go w trybie zmniejszonego zużycia energii, co zapobiegło rozładowaniu się baterii satelity (okazało się bowiem, że budżet energetyczny zaczął przechylać się w negatywną stronę). W październiku 2020, wraz z zespołem z KP Labs, wysłaliśmy do satelity drugą aktualizację oprogramowania - tym razem w ramach testu naszego Little Oryxa.

Zgodnie z założeniami PW-Sat2 zdeorbitował się 23 lutego 2021 roku.

Moim zupełnie subiektywnym zdaniem była to niesamowicie dobrze zaplanowana i świetnie zrealizowana misja satelitarna. Miałam okazję obserwować ją dopiero od strony operatorskiej, lecz na moje oko sprawdziły się słowa, które powiedział jeden z członków zespołu: “byliśmy doskonale przygotowani na każdą możliwą awarię i sytuację kryzysową. To, na co nie byliśmy gotowi to… sukces”. I tym właśnie misja PW-Sat2 była. Ogromnym, naprawdę zasłużonym sukcesem.

W ramach epilogu tego rozdziału dodam jeszcze dwie drobne uwagi. Po pierwsze - jest jedna rzecz, której w kontekście PW-Sata2 mi brakuje, a mianowicie “Lessons learned”. Porządnego podsumowania projektu ze szczegółowymi wnioskami wyciągniętymi z misji - zarówno tymi pozytywnymi, jak i negatywnymi. Na kanwie projektu powstało parę prac inżynierskich i magisterskich, lecz nikt nie podjął się (do tej pory) zebrania wszystkich konkluzji w jedno obszerne podsumowanie. Dopiero coś takiego faktycznie pozwoliłoby zamknąć księgę z napisem “PW-Sat2” i ze spokojem odłożyć ją na stos projektów doprowadzonych do końca.

Druga kwestia jest bardziej losowym przemyśleniem, które pojawiło mi się w głowie podczas pisania niniejszego tekstu i umacnia właściwie zasadność eksperymentu z żaglem deorbitacyjnym. PW-Sat2 został wystrzelony na niewiele niższą orbitę niż SSETI Express. Może gdyby SSETI wyposażony został w taki żagiel, otwierający się automatycznie w przypadku rozładowywania lub braku dwustronnej komunikacji przez określoną liczbę tygodni lub miesięcy, cegieł na orbicie okołoziemskiej byłoby o jedną mniej? Wiadomo iż potencjalnych problemów z satelitą może być wiele i historia zna przypadki, że z pozoru utracone misje nagle wracały “do żywych”, a nieodzywający się 7 lat satelita nagle nadawał swoją pierwszą ramkę, ale zautomatyzowany system deorbitacyjny to krok w bardzo dobrą stronę.

Pierwszy polski krakowski satelita

Czas na przeskok w jeszcze bardziej sentymentalne rejony. KRAKsat. Moje kosmiczne dziecko. Z ręką na sercu przyznam, że nie jestem pewna czy nie promowaliśmy KRAKsata kiedyś jako “pierwszego krakowskiego satelity”. Czy termin ten wymyśliliśmy sami (razem z tymi losowymi wielkimi literami w nazwie, co okazuje się niemal niemożliwe do zapisania poprawnie przez ludzi wokół), czy był to jeden z tworów medialnych - ciężko mi teraz stwierdzić. Swoją drogą “media”, które pozwolę sobie ubrać w cudzysłów, pisały o projekcie KRAKsat tak ciekawe rzeczy, że zawsze otwierałam artykuły z zapartym tchem. Co dziś przeczytam? Może dowiem się, że kosteczka, w końcu CubeSat, którego współtworzę, ma kształt walca? Albo, że wyrusza w kosmos obserwować zorze polarne? Albo, jak ostatnio, że to pierwszy polski “suplementowany” satelita, który najwidoczniej reaguje na… magnez? Swoją drogą do teraz smuci mnie fakt, w jaki sposób propagują się informacje w dużej części internetowych portali newsowych - współpraca od strony takiego projektu dała dużo do myślenia na temat poprawności zawartości publikowanych w sieci artykułów. Skoro tak prosty temat jak kosmiczna kostka był przeinaczany na tak wiele sposobów (a potem bezmyślnie przeklejany pomiędzy kolejnymi portalami), to wszystkie inne informacje także muszą jeżyć się od błędów. A zgłoszenie poprawek nic nie da - bo nawet jeśli przeinaczony fakt poprawi portal-matka, to dziesiątki kopiuj-wklejaczy nawet tego nie zauważą.

Wróćmy do kosmosu. Inicjatywa KRAKsat, jeszcze pisana jako KrakSat, sięga okolic roku 2013, kiedy była to nazwa zespołu biorącego udział w zawodach CanSatowych. CanSaty to takie puszko-satelity, które są projektowane przez zespoły uczniów, a następnie wynoszone amatorską rakietą na kilka kilometrów i stamtąd wyrzucane. Podczas spadku na spadochronie urządzenia przeprowadzają zaplanowane wcześniej eksperymenty i zbierają dane telemetryczne. Inicjatywa jest świetna, a konkurs wciąż organizowany (polecam wszystkim uczennicom i uczniom szkół średnich - to świetny wstęp do działania w branży kosmicznej!).

KRAKsat w czasie integracji

Fig. 21 - KRAKsat w czasie integracji

źródło: prywatne archiwum autorki

Ferrofluidowe koło zamachowe w czasie integracji

Fig. 22 - Ferrofluidowe koło zamachowe w czasie integracji

źródło: prywatne archiwum autorki

KRAKsat jako satelita to lata późniejsze - w okolicach 2016-2017 roku na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie pojawił się pomysł zbudowania kosmicznego ferrofluidowego koła zamachowego, poprzedzony koncepcją ferrofluidowej soczewki do teleskopu. Na samym początku satelita faktycznie miał mieć kształt walca i być tak zwanym TubeSatem, jednak ze względu na większe koszty takiej platformy i mniejszą dostępność slotów na wyniesienie na orbitę, w końcu zdecydowano się na CubeSata. Gdy dołączyłam do projektu, w lutym 2018 roku, był to moment podjęcia współpracy z SatRevolution - nasz studencki zespół miał dostarczyć cały eksperyment, a firma z Wrocławia platformę. Zabraliśmy się więc do intensywnej pracy nad ładunkiem naukowym, bo do terminu integracji satelity mieliśmy mniej niż rok.

Wtrącę tu jeszcze parę słów na temat samego ferrofluidowego koła zamachowego czyli eksperymentu, który KRAKsat wyniósł na orbitę. Założenie było proste: skonstruować mechanizm umożliwiający sterowanie obrotem i orientacją satelity, ale bez żadnych poruszających się elementów. W kosmosie dość powszechnym problemem jest tzw. spawanie na zimno (któremu mogą ulec ocierające się o siebie ruchome powierzchnie); poza tym tego typu sprzęt dość szybko może się zużywać. Postawiliśmy więc na prostotę i zbudowaliśmy nieduże urządzenie składające się z rurki w kształcie torusa, otoczonej nieruchomymi elektromagnesami, a w środku rurki umieściliśmy 12 mililitrów ferrofluidu, czyli cieczy magnetycznej.

Jak to działa? Za pomocą zmieniającego się pola magnetycznego przyspieszamy ferrofluid w układzie, wywołując jego ruch wirowy. Efektem tego ruchu powinno być wywołanie obrotu satelity w przeciwnym kierunku. W założeniu nasz układ mógłby być skutecznym sposobem na stabilizację satelitów i precyzyjne sterowanie nimi na orbicie. Ze względu na niski koszt takiego rozwiązania, jego prostotę i niezawodność, ferrofluidowe koło zamachowe mogłoby stanowić konkurencyjną technologię i ciekawą alternatywę dla obecnie stosowanych układów.

Ten eksperymentalny ładunek, którego dokładną specyfikację możecie przeczytać w dokumentacji w swojej finalnej postaci powstawał przez niecały rok na krakowskim AGH (w kooperacji ze studentami i studentkami z Uniwersytetu Jagiellońskiego, w tym ze mną). W styczniu 2019 roku odbyła się integracja satelity z platformą, a w kwietniu wyniesienie na orbitę, a właściwie na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Na “uwolnienie” satelity przyszło nam jeszcze poczekać parę miesięcy, do lipca, ale okazało się to bardzo pomocne, gdyż zyskaliśmy dodatkowy czas na przygotowania do sesji komunikacyjnych. Pod kątem radiowym nasz zespół zaczynał z zerowym doświadczeniem i gdyby nie ogromne wsparcie Michała SQ5KTM (którego, jeżeli dobrze pamiętam, udało się mi poznać przez jedną z internetowych grup krótkofalarskich), to pewnie byłoby krucho. Mimo początkowych niepowodzeń i dużych braków w wiedzy na temat komunikacji radiowej, udało się, choć już w mocno uszczuplonym składzie, przygotować infrastrukturę i system do zarządzania uplinkiem oraz downlinkiem. Niestety, podczas planowania zadań operacyjnych, nie skupiliśmy się szczególnie na scenariuszach awaryjnych przypadków podczas transmisji, co w końcu miało mocno odbić się na misji. Dodatkowo dla części osób koniec pracy nad samym fizycznym satelitą oznaczał koniec zaangażowania w misję (jak widać, historia lubi się powtarzać).

Historia KRAKsata jest niedługa i burzliwa. Zaraz po wystrzeleniu kosteczki z ISS, które miało miejsce 3 lipca 2019 roku, okazało się, że z dwóch umieszczonych wówczas na orbicie satelitów odezwał się tylko jeden - Światowid. KRAKsat milczał. Większość zespołu powoli traciła nadzieję na jakikolwiek kontakt, mając w głowie pesymistyczne wówczas statystyki dotyczące “wczesnej śmiertelności” CubeSatów, ale ja, mając przeczucie, że to nie koniec, co chwilę intensywnie przeglądałam bazę SatNOGS, licząc, że któryś z aktywnych satelitarnie radioamatorów odbierze sygnał również z naszego satelity. I faktycznie - po 2 tygodniach od rozpoczęcia misji KRAKsat radośnie nadał pierwszego beacona!

Pierwszy beacon KRAKsata! Radość!

Fig. 23 - Pierwszy beacon KRAKsata! Radość!

źródło: prywatne archiwum autorki

KRAKsat i Światowid wyrzucane z ISS na orbitę. Najlepsze zdjęcie na świecie.

Fig. 24 - KRAKsat i Światowid wyrzucane z ISS na orbitę. Najlepsze zdjęcie na świecie.

źródło: NASA

Zabraliśmy się do działania, by jak najszybciej wykonać eksperyment i pobrać z niego dane. Czas nas gonił, gdyż po paru sesjach mocno zauważalny stał się coraz szybciej opadający poziom baterii. Wyłączanie podzespołów, w którym widzieliśmy szansę na spowolnienie rozładowywania, niestety pozostawało bez wpływu na sytuację. Na dodatek nie dysponowaliśmy zbyt wieloma sesjami komunikacyjnymi (przeloty i stację naziemną wciąż dzieliliśmy ze Światowidem), a podczas samych sesji pojawiło się kilka niespodziewanych błędów (opisane dokładniej w dokumencie Lessons Learned). Koniec końców nie udało się przetestować innowacyjnego ferrofluidowego koła - mimo że sam eksperyment został uruchomiony, to nie mogliśmy pobrać z niego danych telemetrycznych. Satelita rozładował się, a z powodu braku histerezy w układzie zasilania (znajomy błąd, prawda?), wpadł w tak zwanego boot loopa, czyli pętlę restartów. W tym stanie znajduje się do dziś, na chwilę obecną mając na liczniku około 1,260,000 uruchomień.

Warto wspomnieć, że o KRAKsacie powstało wymienione już, dość obszerne Lessons Learned, które w szczegółowy sposób opisuje problemy związane z misją i przyczyny jej niepowodzenia. Często dostaję oskarżenia, że ten zbiór jest niepełny; czytający dokument ludzie zarzucają mi (nawet osobiście!), że brakuje tam konkretów, zdefiniowania tego jednego czynnika, który sprawił, że KRAKsat się nie udał - a ja mogę odpowiedzieć na te słowa dwoma spostrzeżeniami.

Po pierwsze: KRAKsat się udał. Głównym i nadrzędnym celem studenckiej misji satelitarnej jest przede wszystkim edukacja. To fakt, że w projekcie brały udział osoby, które nigdy satelity nie budowały i popełniły mnóstwo błędów - ale czy nie o to tak naprawdę o to chodzi w takich studenckich projektach? Mamy pełno nieudanych konstrukcji, bolidów, amatorskich rakiet i innych inicjatyw realizowanych na uczelniach - tylko o nich nie jest głośno. A studenci i studentki muszą się gdzieś uczyć - a gdzie lepiej uczyć się kosmosu niż robiąc kosmos? :) Więc tak, żałuję, że nasz eksperyment nie został prawidłowo przetestowany. Ale nie żałuję tego projektu - i mi, i innym zaangażowanym w niego ludziom, otworzył drogę do innych projektów, pracy w branży kosmicznej czy staży w ESA.

A odpowiadając na zarzut braku faktycznego powodu niepowodzenia KRAKsata w Lessons Learned - tego typu projekt działa trochę jak katastrofa lotnicza. Katastrofy nie mają jednej przyczyny; zgodnie z teorią szwajcarskiego sera składa się na nie wiele mniejszych czynników, które dopiero skumulowane prowadzą do tragedii. Tak było z KRAKsatem - każdy z poszczególnych problemów wydaje się trywialny, lecz finalnie, kumulując się, doprowadzają do niemożności wykonania eksperymentu, rozładowania się satelity i finalnie - pętli restartów.

Według predykcji, o których piszę nieco więcej w tym artykule, pierwszy krakowski/piąty polski/niepotrzebne skreślić satelita KRAKsat powinien zdeorbitować się w okolicach grudnia tego roku. Będę tęsknić, kosteczko.

Pierwszy polski komercyjny satelita

Czas na satelitę, który z powodu błędnie przypisywanego mu pierwszeństwa został poniekąd inspiracją dla niniejszego artykułu. Czy to taki specyficzny sposób prowadzenia działań marketingowych czy tylko nieprecyzyjność mediów internetowych - nie będę wnikać - ale faktem jest, że wystrzelony zaraz za KRAKsatem Światowid to (według oficjalnej klasyfikacji) szósty obiekt polskiego pochodzenia na ziemskiej orbicie.

Głównym celem misji Światowida była orbitalna demonstracja układu optycznego, mającego robić zdjęcia Ziemi i wydaje się, że cel został osiągnięty. Satelita odezwał się już pierwszego dnia misji (3 lipca 2019) i pozostawał operacyjny aż do momentu swojej deorbitacji (marzec 2021). Podczas testów wykonał prawdopodobnie około kilkudziesięciu zdjęć - kilka kadrów można zobaczyć na oficjalnej stronie firmy SatRevolution. Fotografie są dość charakterystyczne: czarno-białe i w większości nieostre. O samej misji nie ma zbyt dużo informacji w internecie, a z racji jej komercyjności szansa na pojawienie się jakichkolwiek publikacji jest niewielka. Przez pewien czas pod tym adresem dostępne były wykresy telemetrii z satelity, ale niestety zostały już ściągnięte. W ramach ciekawostki warto tutaj przytoczyć fakt, że zespołowi PW-Sat2 udało się odebrać i zdekodować zdjęcia pochodzące ze Światowida - więcej o sposobie przesyłu obrazowań można też przeczytać na blogu świetnego radioamatora Daniela Estéveza.

Światowid podczas integracji

Fig. 25 - Światowid podczas integracji

źródło: https://satrevolution.com/missions/swiatowid

Zdjecie wykonane przez Światowida - farma wiatrowa

Fig. 26 - Zdjecie wykonane przez Światowida - farma wiatrowa

źródło: https://satrevolution.com/missions/swiatowid

Pierwsze polskie satelity, które jak powstaną, to pewnie też będą pierwsze w jakiejś kategorii

Obecnie, czyli w okolicach czerwca 2021 roku, w Polsce jest prowadzonych parę ciekawych projektów satelitarnych, które prawdopodobnie również będą miały okazję zaistnieć jako pierwsze w swoich działkach (np. WroSat, który, jak widać po stronie internetowej, już podjął tę rękawicę ;)). Na Politechnice Warszawskiej bardzo aktywnie powstaje PW-Sat3, który będzie pierwszym polskim satelitą z silnikiem (!); ostatnio też doszły do mnie plotki o CubeSatach budowanych na Politechnice Krakowskiej i Politechnice Gdańskiej. A na scenie mamy nie tylko uczelnie: w KP Labs budujemy świetny projekt Intuition-1 (na orbicie znajdzie się już za półtora roku!), kilka satelitów SatRevolution z konstelacji STORK czeka już na wystrzelenie w USA, nie mówiąc już o fińsko-polskich orbiterach od IceEye czy projektach realizowanych w firmach takich jak Scanway, PIAP Space czy Creotech.

W kontekście tego rozdziału przypomina mi się sytuacja z września 2019, gdy, odwiedzając uniwersytet w Würzburgu, zapytałam jednego z doktorantów z laboratorium Zentrum für Telematik, ile niemieckich satelitów znalazło się do tej pory na orbicie. “Nie mam pojęcia...” - odpowiedział z uśmiechem - “Ale nasza uczelnia ma już cztery!”. Czy sytuacja projektów satelitarnych będzie tak wyglądać kiedyś także u nas? Oby! Biorąc pod uwagę, jak ciężko jest realizować tego typu inicjatywę bez wiedzy i doświadczenia osób, które miały już styczność z kosmicznymi testami - kontynuacja projektów satelitarnych na uczelniach jest czymś niezwykle dobrym i pożądanym. Dlatego też trzymam mocno kciuki za wszystkie projekty realizowane i planowane obecnie w świecie akademickim - to świetna okazja do nauki i późniejszego wzmocnienia komercyjnego sektora kosmicznego.

Ale mimo ogromu świetnych projektów, kończmy już powoli ten zdecydowanie zbyt długi (ale mam nadzieję, że ciekawy) artykuł.

Satelita odnaleziony?

Przeszliśmy długą drogę. Zaczęliśmy tę podróż od roku 1973, a skończyliśmy niemal pięćdziesiąt lat później. Omówiliśmy kilkanaście niesamowitych projektów satelitarnych - część z nich faktycznie znalazło się na orbicie, podczas gdy niektóre trafiły tylko do szuflady. Czy udało nam się przeprowadzić ich pełną klasyfikację i mamy teraz jednoznaczną odpowiedź na pytanie, które z orbitujących naszą planetę obiektów, może się uczciwie nazywać 1-szym polskim satelitą™? Oczywiście, że nie! Mam jednak nadzieję, że powyższy tekst pozwolił Wam zobaczyć jak ciekawe kosmiczne inicjatywy były i są realizowane naprawdę blisko nas.

Być może nie uwzględniłam tutaj jakiegoś projektu, do którego podczas researchu nie udało mi się dotrzeć (albo świadomie go pominęłam, jak np. SAT-AIS-PL, o którym o dwóch lat nic nie słychać). Jeżeli więc znasz jakieś inne interesujące historie, zachęcam do zostawienia komentarza i podzielenia się nimi.

Niniejszym chciałabym również podziękować niesamowitym ludziom, z którymi miałam okazję porozmawiać podczas tworzenia tego wpisu, a w szczególności: Grzegorzowi Woźniakowi, Maciejowi Urbanowiczowi, Piotrowi Kuligowskiemu, Damianowi Wydymusowi, Grzegorzowi Nowakowskiemu, Marcinowi Stolarskiemu i Jerzemu Grygorczukowi. Dziękuję! ❤

Thank you!

Źródła

Przygotowując niniejszy tekst starałam się w miarę możliwości weryfikować każdą zdobytą informację ze źródłami: publikacjami, artykułami i materiałami wideo. A oto i one:

  1. PW-Sat: Made in Poland!, [w:] AstroNautilus, Nr 18, 1/2012
  2. Wywiad z Maciejem Urbanowiczem - studenckim kierownikiem projektu satelity PW-Sat, [dostęp online: 11.06.2021] -
  3. Data Analysis of a Tethered SpaceMail Experiment, [w:] Journal of Spacecraft and Rockets 46(6), November 2009
  4. FedEx Bandwidth (SneakerNet), [dostęp online: 11.06.2021] - https://what-if.xkcd.com/31/
  5. Decoding Światowid, [dostęp online: 12.06.2021] - https://destevez.net/2019/08/decoding-swiatowid/
  6. SSETI Express 2005, [dostęp online: 12.06.2021] - https://www.youtube.com/watch?v=bKhWc3uWyTk
  7. PL Jak misja kosmiczna YES2 wykształciła pokolenie inżynierów kosmicznych w Polsce - Inżynieriada #101, [dostęp online: 12.06.2021] - https://www.youtube.com/watch?v=A_n3i1jV2hk
  8. First internet-built student satellite ready for launch, [dostęp online: 12.06.2021] - https://www.esa.int/Education/SSETI_Express/First_internet-built_student_satellite_ready_for_launch
  9. 50. rocznica wystrzelenia pierwszego polskiego instrumentu badawczego w Kosmos, [dostęp online: 12.06.2021] - https://histmag.org/50.-rocznica-wystrzelenia-pierwszego-polskiego-instrumentu-badawczego-w-Kosmos-21716
  10. 50 lat wrocławskich satelitarnych obserwacji Słonca, [dostęp online: 12.06.2021] - https://www.youtube.com/watch?v=kkzRfhdt4ZA&t=3098s
  11. SSETI Express - wyniesienie na orbitę, [dostęp online: 12.06.2021] - https://www.sseti.pl/wyniesienie_na_orbite.html
  12. Polski podbój kosmosu, [dostęp online: 12.06.2021] - https://forumakademickie.pl/fa-archiwum/archiwum/2002/03/artykuly/18-bn-polski_podboj_kosmosu.htm
  13. Kosmiczna blokada, [w:] Tygodnik "Wprost", Nr 836, 6 grudnia 1998
  14. Mazovia - pierwszy polski satelita wojskowy, [dostęp online: 12.06.2021] - https://satkurier.pl/news/41843/mazovia-pierwszy-polski-satelita-wojskowy.html
  15. W kosmos po kasę, [dostęp online: 12.06.2021] - https://wydarzenia.interia.pl/prasa/polityka/news-w-kosmos-po-kase,nId,833747,nPack,2
  16. A Survey of CubeSat Communication Systems, B. Klofas, J. Anderson, 2008
  17. Image processing in the BRITE nano-satellite mission, A. Popowicz, 2016
  18. Instrumental effects in BRITE photometry, A. Pigulski, A. Popowicz, 2018
  19. LEM - pierwszy polski satelita naukowy, [dostęp online: 12.06.2021] - http://www.brite-pl.pl/docs/Lem_PakietInformacyjny.pdf
  20. The BRITE-Constellation Nanosatellite Space Mission And Its First Scientific Results, A. Pigulski, G. Wade, W. Weiss, P. Orleański, 2016
  21. PW-Sat. 2nd Engineering Model, 09-02-2009
  22. Development and application of aerospace technology in Poland, J. Zieliński, J. Jarosiński, Z. Kłos, Z. Krawczyk, 1997
  23. Report from a Team for the elaboration of a concept for polish orbital resources management, 2003
  24. Radio communications systems for small satellites based on Polish experience, M. Stolarski, G. Woźniak, 2012
  25. Summary of SSETI Express satellite mission – gained experience, K. Kardach, D. Wydymus, 2007
  26. SSETI Express Integration Logbook, N. Melville, 2004
  27. The SSETI-express Mission: From Idea to Launch in one and a Half Year, L. Alminde, N. Melville, 2005
  28. Strona projektu PW-Sat2, [dostęp online: 12.06.2021] - https://pw-sat.pl/
  29. Strona projektu KRAKsat, [dostęp online: 12.06.2021] - https://www.kraksat.pl/space/
  30. Strona projektu BRITE, [dostęp online: 12.06.2021] - http://www.brite-pl.pl/
  31. Strona projektu Światowid, [dostęp online: 12.06.2021] - https://satrevolution.com/missions/swiatowid/
  32. Analiza błędów misji KRAKsat, A. Musiał, D. Markowski, J. Życzkowski, 2019
  33. KRAKsat nanosatellite documentation, [dostęp online: 12.06.2021] - https://kraksat.gitbook.io/documentation/

Co myślisz o artykule? Podziel się:

Niestety z powodu dużej ilości spamu musiałam wyłączyć anonimowe komentarze - wciąż jednak możesz zostawić wpis po zalogowaniu przez Twittera, Google'a lub Githuba :)