Dvaadvacátého října uplynulo dvacet let od startu indické rakety PSLV, která na oběžnou dráhu vynesla první družici agentury ESA, která se oficiálně řadí mezi malé objekty. Družice Proba-1 (Project for On Board Autonomy) měla za úkol otestovat chování technologií v kosmickém prostoru. Na oběžné dráze pak tato malá družice prokázala, že i přes kompaktní rozměry rozhodně nemá malé možnosti. Mise, která měla trvat jen dva roky, spolehlivě funguje i po dvaceti letech a do další dekády má zabezpečenou budoucnost. Družice s rozměry 60 × 60 × 80 cm autonomně provádí pokročilé navigační, orientační a řídící procesy, zvládá také správu palubních zdrojů. Její dva snímkovací přístroje CHRIS (kompaktní spektrometr s vysokým rozlišením) a HRC (panchromatická kamera s vysokým rozlišením) již pořídily více než 1000 snímků na více než tisícovce míst. Tyto snímky byly využity pro sledování různých okruhů spojených s ochranou životního prostředí – od hodnocení vlivu různých strategií využívání namibijských savan na růst vegetace, přes sledování typů vegetace v savanách střední Nambie, až po pomoc při mapování sněhové pokrývky ve švýcarských národních parcích.

Družice Proba-1 vznikla v rámci programu ESA pro obecné podpůrné technologie (GSTP) a stavbu zajistilo průmyslové konsorcium vedené belgickou firmou Verhaert. Proba-1 byla přelomovým bodem, kdy se v ESA začala malým družicím věnovat větší pozornost. Ačkoliv jsou dnes CubeSaty stále běžnější, byla to právě Proba-1, která otevřela brány kosmu evropským malým družicím. Její vývoj přitom trval jen tři roky, což je velmi neobvyklé. Vývoj družic před startem může klidně trvat i více než deset let. Šlo také o začátek družicové rodiny Proba, kterou tvoří již vypuštěné družice Proba-2, Proba-V a také chystaná Proba-3.

„Ve své době šlo o kompletně inovativní projekt,“ vzpomíná Frederic Teston, manažer mise a dodává: „Ať už to bylo z hlediska technologií, času vývoje či nízkých nákladů – vše bylo úplně nové.“ Během uplynulých dvaceti let neselhala ani jedna primární jednotka. Některé akce FDIR (Failure Detection (detekce chyb), Isolation (izolace) and Recovery (a zotavení)) automaticky přepínají na redundantní jednotky, aby se zmírnily dočasné následky kosmického záření. Jinak všechno funguje stejně jako před 20 lety. Proba-1 si u ESA připsala hned několik prvenství – od prvního použití lithium iontových akumulátorů (dnes všudypřítomná technologie) až po skutečnost, že šlo o první družici ESA s plně autonomními schopnostmi. Družice totiž byla navržena, aby fungovala v podstatě bez pomoci a prováděla běžné úkoly (navigace, správa užitečného zatížení a dostupných zdrojů) jen s malým zapojením pracovníků pozemní stanice ESA v belgickém městě Redu.

Software pro autonomní řízení (například řízení parametrů oběžné dráhy), je obvykle napsán specifickým způsobem. Ze všeho nejdříve jsou podrobně popsány a vyjasněny funkce a činnosti tohoto systému a všech dalších palubních systémů. Poté, jakmile jsou s kódem inženýři spokojeni, přistoupí se k převodu do softwarových specifikací a nakonec někdo napíše software konkrétně pro tyto funkce. Je to dlouhý proces, takže pokud něco nefunguje (nebo je třeba něco změnit), trvá to dlouho. Jedním z důvodů, proč mohla být mise Proba-1 vypuštěna tak rychle, bylo to, že se výše popsaný složitý proces obešel. Inženýři vyvinuli nástroj, který automaticky generoval software a umožnil inženýrům svižně měnit funkce a části systému, aniž by bylo nutné vytvářet nový kód.

„Všechno jsme si namodelovali v programu, který by si lidé mohli představit jako předchůdce matlabu,“ vysvětluje Pierrik Vuilleumier, který byl členem týmu Proba-1 a dodává: „Od záření na oběžné dráze, po magnetické pole a pozici Slunce. To vše bylo namodelováno v tomto nástroji, takže jsme na konci zmáčkli tlačítko a automaticky se vygeneroval software, který byl zkompilován a propojen s palubním softwarem. Čtyřicet tisíc řádků kódu pro palubní nástroje a více než třicet tisíc pro pozemní simulátory.“ Tento systém navíc uchovává v modelu i veškerou dokumentaci, což usnadňuje výcvik nových inženýrů k jeho používání. „Některé mýty o generování kódu přežívají dodnes, ale myslím, že jsme je všechny vyvrátili už před 20 lety,“ dodává Vuilleumier. Automatické generování softwaru se od té doby rozvinulo a dnes je pro družice Proba běžným standardem. Navzdory kratší době vývoje a vyšší produktivitě se však tato metoda stále nestala standardem u všech misí.

Proba-1 navíc ukázala, že používání běžně dostupných dílů namísto těch špičkových a specializovaných, může být výrazně cenově i časově efektivnější. Tento přístup se postupem času stává v ESA stále větší součástí vývojové strategie agentury ESA. „Jako první jsme letěli s lithiovými akumulátory. Tehdy experti předvídali, že v kosmickém prostoru zvládnou fungovat přinejlepším půlroku. Ale ani po dvaceti letech provozu jsme na nich nezaznamenali žádné známky degradace a to už jsou vlastně 23 let staré,“ zdůrazňuje Vuilleumier. Používání komerčně dostupných součástek je často považováno za riskantnější a méně spolehlivé. Tým kolem družice Proba-1 však ukázal, že díky správnému technickému řešení může jejich hardware již 20 let fungovat v drsném prostředí vesmíru a prokázat svou hodnotu.

Ačkoliv vývoj mise trval tak krátce, rozhodně to nebyl hladký proces. Vuilleumier si třeba vzpomíná na okamžik tři týdny před startem, kdy inženýři, kteří již byli v Indii připraveni na testování před startem rakety PSLV, horečně pracovali na dokončení kódování softwaru. „Bylo vzrušující pracovat na něčem, co tu ještě nebylo? Možná tak na pět minut, když vidíte, že něco funguje. Ale předtím a potom je to spíš stres než vzrušení,“ směje se Teston. „Ale prokázali jsme, že je možné, že projekty nemusí vždy trvat déle nebo být dražší. Ukázali jsme, že je možné dělat i rychlejší a levnější mise.“

Zmíněný palubní přístroj CHRIS je s hmotností pouhých 14 kilogramů nejmenším hyperspektrálním snímačem, jaký se kdy dostal do kosmického prostoru. Pracuje s rozlišením až 17 metrů a dokáže ve svých 62 spektrálních kanálech pořídit najednou až 5 snímků. Systém CHRIS využívá pohyblivost platformy k tomu, aby pořídil pohledy na stejnou oblast z několika úhlů. To umožňuje získat další doplňující informace. Data z přístroje CHRIS jsou využívána v projektech ESA a na podporu Mezinárodní charty pro vesmír a velké katastrofy – jde o dohodu pro zpřístupnění vesmírných zdrojů agenturám civilní ochrany, které reagují na přírodní katastrofy. Druhý palubní přístroj, kamera HRC je malá kamera pořizující snímky plochy 25 kilometrů čtverečních s prostorovým rozlišením 5 metrů.

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/Proba_1_viewing_angles.png
https://www.esa.int/…/23740375-1-eng-GB/Proba_1_schematic.png
https://www.esa.int/…/HRC_image_of_the_Pyramids_of_Giza.jpg
https://www.esa.int/…/proba-1_in_orbit/9115638-5-eng-GB/Proba-1_in_orbit_pillars.png
https://www.esa.int/…/Proba-1_HRC_image_of_London_Olympic_Park_neighbourhood.jpg