CubeSat Intuition 1 ma obserwować Ziemię za pomocą kamery hiperspektralnej, po czym przetwarzać dane bezpośrednio na orbicie z wykorzystaniem głębokich sieci neuronowych. Satelita jest niewielki. Ma masę około 10 kg i wielkość 10x22x36 cm. Jest wyposażony w instrumenty, które pozwolą m.in. na bardzo precyzyjne określenie zawartości makroelementów w glebie.
– Od tej wiedzy zależy stan upraw. Rolnicy muszą znać zawartość makroelementów w glebie, by móc odpowiednio dobrać nawóz. W tej chwili jedyną metodą rozpoznania jest pobranie próbek i analiza laboratoryjna, która często trwa wiele tygodni. Dzięki możliwościom Intuition-1 rolnicy mogą otrzymać takie dane w bardzo krótkim czasie. W dodatku dane mogą być regularnie aktualizowane. To pozwoli na stałe monitorowanie stanu gleby – wyjaśnia Michał Zachara, dyrektor operacyjny KP Labs.
Oto, co potrafi satelita CubeSat Intuition
Tylko jak mały CubeSat zamierza tego dokonać? Dzięki Leopardowi i kamerze hiperspektralnej. Leopard DPU (Data Procesing Unit) to jednostka przetwarzania danych zaprojektowana tak, by wspierać przechwytywanie, zarządzanie i przetwarzanie zebranych danych bezpośrednio na orbicie. Leopard wykorzystuje głębokie sieci neuronowe do przetwarzania danych na pokładzie satelity, dzięki czemu wysyła na ziemię tylko te najważniejsze i najbardziej wartościowe. Pozwala to ograniczyć czas transferu i jego koszty. Co najważniejsze, umożliwia też szybkie reagowanie na dostrzeżone zmiany.
– Wszystko dzięki odpowiednim algorytmom sztucznej inteligencji zdolnym wykryć zmiany na kolejnych zobrazowaniach. Dzięki temu na Ziemię trafią tylko istotne dane, a nie wszystkie. W dodatku jesteśmy w stanie wgrać kilka algorytmów SI i zmieniać je pomiędzy orbitami. To pozwoli zmienić niewielkiego CubeSata w całkiem poważne orbitalne laboratorium – wyjaśnia Michał Zachara.
Jak wytrenować sieci neuronowe?
Leopard jest zintegrowany z wydajnym układem FPGA (bezpośrednio programowalne macierze bramek), który wspiera uruchamianie algorytmów głębokiego uczenia. Przepustowość układu wynosi do trzech tera operacji na sekundę. Jest też zabezpieczony przed wpływem promieniowania kosmicznego.
Jedną z większych trudności było odpowiednie wytrenowanie sieci neuronowych. Potrzeba do tego ogromnych baz danych, ale też działań „na żywo”. Sieci neuronowe Intuition-1 były trenowane na bazach danych pochodzących m.in. z konstelacji satelitarnej Copernicus. Następnie w środowisku wirtualnym, a także na żywo, dzięki podwieszeniu kamery do drona.
Poza Leopardem, to właśnie hiperspektralna kamera o wysokiej rozdzielczości spektralnej w zakresie światła widzialnego i bliskiej podczerwieni jest tu kluczowa. Pasmo podzielono na 192 kanały, co pozwala uzyskać ogromną ilość danych. Przede wszystkim tak duża liczba kanałów kamery hiperspektralnej pozwoli na detekcję zjawisk niedostrzegalnych dla ludzkiego oka, jak np. zawartość makroelementów w glebie. Natomiast segmentacja uzyskanych obrazów bezpośrednio na pokładzie satelity za pomocą jednostki przetwarzania danych Leopard, skraca czas reakcji na monitorowane zdarzenia.
Polski satelita w kosmosie
Wszystkie instrumenty satelity oraz jego oprogramowanie zostały wykonane w KP Labs.
– Kupiliśmy jedynie platformę satelitarną, czyli swego rodzaju szkielet satelity. Cała reszta – czyli kamera hiperspektralna, jednostka przetwarzania danych Leopard, oprogramowanie, innymi słowy cały hard- i software są zaprojektowane, wykonane i przetestowane przez nas. W naszej siedzibie w Gliwicach stworzyliśmy też stanowisko łączności i operowania satelitą – mówi Michał Zachara.
CubeSat Intuition 1 / fot. KP Labs
Prace nad CubeSatem rozpoczęły się w 2018 roku, a koszt całości, łącznie ze stanowiskiem operacyjnym, opiewa na niespełna 20 milionów złotych. Intuition-1 jest już zintegrowany i czeka na wyniesienie. Start odbędzie się pod koniec tego roku. Co więcej, dzięki tej samej rakiecie polecą dwie misje firmy. Poza CubeSatem Intuition -1 firma wynajęła też miejsce na satelicie firmy D-Orbit.
– Umieściliśmy tam nasz komputer pokładowy Antylopa. Ma posłużyć do eksperymentu analizującego dane telemetryczne pozwalające wykryć zdarzenia na obserwowanych satelitach – mówi Michał Zachara. W przyszłości może to pozwolić na lepsze zarządzanie satelitami i przede wszystkim zrozumienie pojawiających się problemów ze sprzętem.
Jeśli wszystko pójdzie pomyślnie, KP Labs stanie się drugą, po SatRev, polską firmą komercyjną z własnym satelitą na orbicie. Ta ostatnia ma w tej chwili dziewięć operacyjnych CubeSatów. Natomiast firma Scanway umieściła swoje instrumenty optyczne na satelicie Star-Vibe German Orbital System. Wspólna misja okazała się sukcesem.
