Predvidoma prihodnjo sredo bodo z evropskega izstrelišča v Francoski Gvajani izstrelili vego-C. To bo krstni polet nove evropske nosilne rakete podjetja Arianespace. Za Slovenijo bo izstrelitev še nekoliko bolj vznemirljiva, na raketi je namreč naš novi satelit Trisat-R.

Trisat-R je sestavila ekipa mariborske fakultete za elektrotehniko, računalništvo in informatiko (Feri) po pogodbi z evropsko vesoljsko agencijo ter v sodelovanju s Cernom in slovenskim podjetjem Skylabs. Gre za zelo tvegano odpravo v osrčje Van Allenovega sevalnega pasu v srednji zemeljski orbiti na višini 6000 kilometrov, glavna naloga satelita pa bo merjenje ionizirajočega sevanja z namenom modeliranja okolja magnetosfere in boljšega razumevanja vesoljskega vremena.

Trisat svoje naloge opravil z odliko

To bo tretji slovenski satelit v orbiti, potem ko so septembra 2020 izstrelili satelita Nemo-HD centra odličnosti Vesolje-SI in Trisat, ki ga je sestavila omenjena mariborska ekipa. Dr. Iztok Kramberger, vodja projekta in predavatelj na Feriju, je poudaril, da je njihov prvi satelit opravil svojo primarno nalogo tehnološke demonstracije, saj so »močno utrdili zaupanje do slovenskih vesoljskih produktov na mednarodnem trgu, kar dokazujejo tudi nove pogodbe za opremljanje tujih misij, tako znanstvenih kot komercialnih in institucionalnih«.

»Sam satelit Trisat je pripomogel k temu, da slovensko podjetje Skylabs danes z novo različico platforme opremlja satelite evropske znanstvene misije Hermes-SP/TP, komercialne misije dveh velikih integratorjev v Evropi, in sicer italijanskega OHB in španskega Deimosa, prav tako se je avstralska vesoljska agencija odločila za slovensko platformo za svoj znanstveni satelit,« je povedal dr. Kramberger.

Hkrati so pridobili veliko znanja in izkušenj tako pri upravljanju satelitov kot pri programskih nadgradnjah v orbiti, pa tudi iz zbranih znanstvenih podatkov. »Z doslej prejetimi podatki smo izboljšali naš model za oceno odboja sončne svetlobe z zemeljskega površja, opravili smo analize zaznave magnetnega polja, sprejema globalnih navigacijskih satelitskih signalov (GNSS) in določanja položaja v orbiti ter meritve skupne ionizacijske doze na našem merilniku sevanja. Tega smo pred izstrelitvijo v laboratoriju za dozimetrične standarde na Inštitutu Jožef Stefan (IJS) umerili z gama sevanjem (fotoni) na izvoru Cs-137, kasneje pa podatke, prejete iz vesolja, dodatno primerjali s karakterizacijo senzorja na protonsko sevanje z uporabo linearnega tandemskega pospeševalnika mikroanalitskega centra na odseku za fiziko nizkih in srednjih energij IJS ter na elektronsko sevanje na oddelku za radioterapijo UKC Maribor. Večino rezultatov omenjenih analiz smo predstavili na letošnji mednarodni konferenci o malih satelitih, sistemih in storitvah na Portugalskem.«

Prenos znanja v zemeljski segment

Nedavno pa je Trisat zaradi napake na napajalnem sistemu prešel v stanje omejenega načina delovanja. Analiza je pokazala, da je zaradi napake na električnih povezavah na razprtem sončnem panelu odpovedala tretja baterijska celica, je povedal Kramberger. »Vzrokov za tako napako je lahko več, na primer električna razelektritev zaradi interakcije z visokoenergijskimi delci pri preletu južnoatlantske anomalije ali pa trk z mikrodelcem pri preletu skozi oblak ostankov po trku večjih satelitov. V tem obdobju smo namreč večkrat preleteli oblak delcev Cosmos 2251, ki ga sestavlja na tisoče delcev, razpršenih po veliki površini, kot posledica trka 950-kilogramskega ruskega vojaškega satelita Strela in ameriškega komercialnega komunikacijskega satelita Iridium 33 pri hitrosti 11,7 kilometra na sekundo. Na prelet skozi omenjeni oblak delcev nas je opozoril tudi evropski center za spremljanje in sledenje v vesolju.«

Kot je dodal, zaradi napake in posledičnega pomanjkanja energije verjetno nikoli ne bodo mogli vključiti kamere, kar je zanje veliko razočaranje. »Ga je pa nekoliko omililo dejstvo, da je podjetju Skylabs uspelo satelitsko tehnologijo kamere na krovu Trisata prenesti v zemeljski segment, konkretneje v segment bele tehnike. Izdelalo je namreč miniaturni senzor, nameščen v lopatico bobna pralnega stroja, ki s podporo umetne inteligence z veliko, več kot 99-odstotno verjetnostjo pravilno razbere vrsto tkanin v stroju. Skupaj s podjetjem Gorenje oziroma Hisense želijo izboljšati naslednjo generacijo pametnih pralnih strojev, ki bodo znali samodejno izbrati pralni program glede na vrsto tkanine in s tem zmanjšati porabo električne energije in pralnega praška, kar bo ključno za našo skupno, do okolja prijaznejšo in energijsko varčnejšo prihodnost.«

Trisat-R bo spremljal vesoljsko vreme

Vse nabrano znanje so vsekakor s pridom uporabili pri snovanju Trisatovega naslednika. »Satelit Trisat-R je bil zasnovan za okolje z veliko večjim sevanjem, zato je mehanska konstrukcija taka, da ne omogoča neposrednega vstopa sevanja, kar je bil poseben izziv. Velik izziv je bila tudi prilagoditev sončnih panelov na povečano sevanje. Zaradi večje razdalje (krožil bo na višini 6000 kilometrov) smo za glavno komunikacijo med Zemljo in satelitom izbrali ozkopasovno radijsko komunikacijo, kar opazno zmanjša količino pretočenih podatkov na časovno enoto, hkrati pa so zaradi višine orbite komunikacijska okna veliko daljša (čas preleta satelita čez zemeljsko postajo), kar delno kompenzira izgubljeno podatkovno hitrost. Poleg tega smo računalnik na krovu nadgradili s kompresijskimi algoritmi, ki dodatno povečajo količino pretočenih podatkov na posamezen prelet,« je pojasnil vodja projekta.

Računalnik na krovu satelita poganja Skylabsov procesor PicoSkyFT, ki je pridobil novo strojno pospešeno enoto za operacije s plavajočo vejico, kar satelitu omogoča povečanje razpoložljive računske sposobnosti in natančnosti pri močno zmanjšani porabi električne energije. To je še posebej pomembno za algoritme določanja usmerjenosti in nadzora stabilnosti satelita. »Za usmerjanje satelita v nasprotju s Trisatom uporabljamo samo magnetne navornike, saj sama misija nima posebnih zahtev po natančnejšem usmerjanju, hkrati pa smo pridobili več prostora za tovor in instrumente. Tako imamo na krovu satelita dva instrumenta za merjenje skupne ionizacijske doze, eksperimenta za merjenje posameznih sevalnih dogodkov, ki sta ju prispevala Cern in Esa, ter dve slovenski tehnološki demonstraciji podjetja Skylabs. Prva je širokopasovni programsko definiran radijski sistem, ki je bil že karakteriziran v okolju s povišanim sevanjem v Cernu in pri tem pridobil dozo sevanja, ekvivalentno 175 letom v nizki zemeljski orbiti. Letos smo pridobili dodatno evropsko financiranje za izvedbo poglobljenega testa v Cernu, katerega namen je primerjava rezultatov iz laboratorijskega okolja in iz srednje zemeljske orbite. Druga tehnološka demonstracija pa je visokozmogljiv računalnik na osnovi arhitekture​ RISC-V, ki bo izračunaval posledice scintilacije navigacijskih radijskih signalov GNSS. Instrumenti, eksperimenti in tehnološki demonstraciji na krovu Trisata-R so specifično namenjeni spremljanju sevanja v srednji zemeljski orbiti oziroma učinkov vesoljskega vremena. Trisat-R je pionirska misija za prihajajočo konstelacijo satelitov kot vesoljskih sond za spremljanje vesoljskega vremena, ki jo pripravlja konzorcij pod vodstvom italijanskega nacionalnega inštituta za astrofiziko (INAF), partnerja sta tudi mariborska univerza in podjetje Skylabs,« je razložil.

Prav tako je bila precejšen izziv termična stabilizacija satelita, je nadaljeval sogovornik. »Zaradi visoke cirkularne orbite bo veliko dlje izpostavljen soncu, saj bo kljub času preleta okoli Zemlje v približno 3 urah in 48 minutah tudi 92 dni brez sleherne sence, najdaljša senca pa traja nekaj manj kot pičlih 40 minut.«

Satelit se lahko pohvali s še drugimi inovacijami, kot so kvalificiran postopek natisljivih mehanskih struktur za vesoljsko okolje, miniaturen visokoobčutljiv magnetni senzor in ultraminiaturni kameri. »Na vse to gledamo kot na tehnološke nastavke ali rešitve za prihodnje misije in produkte. Še posebej smo ponosni na kameri, katerih delovanje je povezano s celo vrsto tveganj. Sicer sta kameri tehnološko gledano namenjeni našemu razvoju podsistemov za določanje usmerjenosti in položaja satelitov na temelju umetne inteligence, vseeno pa upamo, da nam bo prvim na svetu iz nanosatelita uspelo pridobiti sliko 6000 kilometrov oddaljene Zemlje.«

Zaradi visoke stopnje sevanja je predvidena življenjska doba satelita Trisat-R približno dve leti. Drugače kot Trisat, ki bo v nekaj letih zaradi približevanja Zemlji v celoti zgorel, se Trisat-R zaradi zelo visoke orbite Zemlji ne bo približeval, temveč se bo od nje oddaljeval, kar mu daje status »slovenskega spomenika« v vesolju, je dodal Iztok Kramberger.

Evropa dobiva novo nosilno raketo

Trisat-R bo v orbito ponesla vega-C na svojem krstnem poletu. »Polet na nosilni raketi vega-C nikakor ni naključje, temveč del naše dolgoročne razvojne strategije. Za polet v srednjo zemeljsko orbito smo se z Eso dogovorili že leta 2018, po prvotnih načrtih bi morali tja poleteti leta 2020. Zaradi epidemije covida se je polet zakasnil za trenutno dve leti. Krstni poleti so zaradi večjega tveganja vedno cenovno ugodnejši, polet VV21 v srednjo zemeljsko orbito pa je za naš satelit brezplačen,« je povedal dr. Kramberger in dodal: »Za nabavo nosilca satelita in integracijska dela, povezana z montažo nosilca na nosilno raketo v Francoski Gvajani, smo pooblastili italijansko podjetje SAB, del stroškov s pripravo satelita je plačala Esa, drugi del SkyLabs, večino mehanskih delov satelita pa je izdelalo podjetje Riedl AeroSpace iz Maribora. Ob pomoči Zveze radioamaterjev Slovenije in agencije za komunikacijska omrežja in storitve smo z odliko izpeljali mednarodno frekvenčno koordinacijo za novi satelit, poleg tega nam nova slovenska zakonodaja na področju vesoljskih aktivnosti, ki jo je pripravila služba za sodelovanje z Eso pri ministrstvu za gospodarski razvoj in tehnologijo, precej poenostavlja mednarodne postopke.«

Kot pojasnjujejo pri evropski vesoljski agenciji, je glavni tovor na raketi sicer italijanski satelit Lares-2, našemu pa dela družbo še pet drugih​ miniaturiziranih satelitov (CubeSats): italijanski AstroBio, Greencube in Alpha ter francoska MTCube-2 in Celesta.

Vega-C spada med rakete srednjega razreda, vendar ima močno izboljšane zmogljivosti v primerjavi s predhodnico, ki leti od leta 2012 (z vego sta poletela Nemo-HD in Trisat). Izboljšana je nosilna stopnja P120C, zasnovana na temelju vegine P80, nova je druga stopnja zefiro-40, tretja stopnja zefiro-9 je enaka pri obeh raketah, prav tako je izboljšana četrta stopnja, to je sistem avum+ za dostavo satelitov v različne orbite. Vega-C lahko v polarno orbito, na višino 700 kilometrov, ponese tovor s skupno maso 2,2 tone, medtem ko prejšnja različica zmore poldrugo tono tovora. V višino meri 34,8 metra, to je za skoraj pet metrov več kot vega.