Zlaté české ručičky: Inovativní GPS přijímač z Česka je ve vesmíru

Když minulý týden startovala z Floridy raketa Atlas V, vynášela nepilotovanou zásobovací loď Cygnus. V jejích útrobách byly kromě zásob pro posádku, nebo vědeckých experimentů i cubesaty. Mezi nimi se ukrýval i řecký UPSat, který však byl hodně zajímavý i pro naši zemi. Na jeho palubě se totiž nachází český GPS přijímač, který vznikl díky šikovnému startupu SkyFox Labs s.r.o.. Jelikož jde o velký úspěch i po technologické stránce, rozhodli jsme se seznámit naše čtenáře s tímto technologickým řešením formou rozhovoru. Na všechny otázky nám odpovídal pan Jaroslav Laifr.

Dobrý den všem čtenářům a zájemcům o kosmonautiku! Děkujeme za možnost sdílet naše informace na serveru kosmonautix.cz

Byl jste při startu Atlasu V nervózní? Jaký je to pocit, když vidíte, jak se Váš projekt vydává na cestu do vesmíru?
Když bychom se na celou naší účast na letu rakety Atlas-V / OA7 podívali z dálky, byla pro nás spíš nepřímá, ale vlastně i tak trochu očekávaná, jako výstup naší dvouleté činnosti. Vzhledem k tomu, že jsme různou elektroniku v letové konfiguraci prodali už několika zákazníkům od počátku roku 2015, bylo vlastně jen otázkou času kdy, kde a na jakém satelitu k vypuštění do vesmíru dojde. Občas se nás na to i někteří zákazníci ptali – proč ještě nemá nebo naopak jakou má náš hardware letovou zkušenost (TRL). Popravdě řečeno, ještě asi před dvěma měsíci jsme o tom, že je zákazník skutečně namontován do rakety, do které už se pomalu čerpá palivo nevěděli. To se zjistilo až při malém podezření, že by tomu tak mohlo být a následným přímým dotazem do Orbital ATK. Pozitivní odpověď z Floridy přišla prakticky hned druhý den.

Vzhledem k tomu, že se jednalo o let k ISS na populárním nosiči s jedněmi z nejspolehlivějších motorů RD180, nebyla to v případě Orbtial ATK nervozita podobně, jako v případě následujících startů po explozi rakety Antares s motory NK-33. Velice hezké video o celém příběhu s Atlasy a jejich motory pro ty, kteří ho ještě neviděli je například zde:

Byla to směs obav, zda se všichni kolem nás, kteří o účasti ví stihnou dostat domů k televizi nebo internetu a nepropásnou start živě. Sledování kanálu s 360° videem jsme pro jistotu nikomu nedoporučovali. A kupodivu se to vyplatilo. Naše snažení tu a tam doprovází číslo 7, moje šťastné číslo, které se mi do života
promítá z mnoha stran. Nemohlo tomu být tedy jinak, než letět poprvé s vlastnoručně vyráběným kusem na letu s číslem sedm. John Glenn, po němž byla loď Cygnus tentokrát na jeho počest nazvána jako první Američan letěl na orbitu v lodi Friendship – 7. O náhodě tedy nemůže být řeč 😉 Ostatně i naše vlastní připravovaná družice CubeSat dlouho aspirovala být sedmým kosmickým objektem v pořadí v českém katalogu kosmických objektů. Není divu, že jsme ji pojmenovali “Lucky-7”.
Mysleli jsme hlavně na řecký tým a na to, aby všechno co jsme odvedli tady v Praze, ve spojení s tím, jak to nakonec zapouzdřili, naprogramovali, otestovali sami Řekové fungovalo až se celá družice ocitne sama ve vakuu. A to i přes to, že družice se ke svému vypuštění dostane na řadu až asi za tři týdny. Pár hodin po startu byl čas se po probdělé noci konečně vyspat.

Startup SkyFox Labs s.r.o., který se postaral o výrobu přijímače, byl založen sotva před dvěma lety. To je opravdu hodně rychlý nástup. Jak jste začínali a co bylo Vaším cílem?
Upřímně řečeno ještě v roce 2013 by mě ani nenapadlo, že bych kdy v životě podnikal. Jako kosmonautický nadšenec jsem se ale nechtěl vzdát dostavby vlastní malé družice. Když jsem s kolegy zjistil, že v ČR není jiná cesta než zkusit naše myšlenky prodat světu a tím si na ní vydělat, bylo rozhodnuto. Týmový kolega doc. Pavel Kovář byl podobného názoru, chtěl vědět, jestli i jeho nápady můžou ve světě obstát a jako jeden z mála se ke mě přidal, podpořil společnou myšlenku založit společnost SkyFox Labs s.r.o. a vložil do ní svoje know-how.

Inovativní GPS přijímač

Inovativní GPS přijímač
Zdroj: https://upsat.gr

Základní kapitál 30 000 Kč se odvíjel od přibližného přepočtu na 1000 EUR. Protože jsem měl na různých světových konferencích a výstavách možnost vidět naživo konkurenční produkty, bylo zřejmé, že šanci máme. Tu a tam se objevily kusy, které připomínaly spíš čistě komerční elektroniku, používaly se součástky, které by nás nenapadly použít pro kosmické prostředí a podobně. Některé malé startupy to v podobném duchu zkouší dodnes a dlužno říct, že ne příliš úspěšně.

Uvědomili jsme si, že abychom ve světě uspěli, musíme nabídnout řádovou změnu, zlepšení nebo významné zjednodušení oproti konkurenci. GPS přijímač se tehdy zdál jako skvělá příležitost. Na oběžné dráze má přijímač o něco snazší podmínky pro výpočet dat, signál zde například nepodléhá vícecestnému šíření signálu v atmosféře, jako tomu je na Zemi. Vynechala se také ostatní frekvenční pásma a systémy. Pro absolutní většinu aplikací postačí pásmo GPS L1 a veřejně dostupný kód C/A. To vše dohromady přineslo razantní snížení spotřeby až na 10% oproti konkurenci. Ve srovnání s komerčními moduly, které se vyrábí po milionech kusů třeba do mobilních telefonů je to stále nesrovnatelně mnoho. Díky regulacím proti vojenskému zneužití mají ale levné komerční přijímače nesmazatelně zabudované softwarové omezení, které jejich použití na orbitě znemožňuje (rychlost pod 600 m/s, výška pod 18 námořních mil). Stačilo omezení jednoduše neimplementovat a trh se otevřel.

Přestože jsme se zprvu intenzivně zaměřili na jeden produkt, trvalo poměrně dlouho než jsme sjednotili velikost a vhodné dodavatele komponent pro spolehlivé ruční pájení a také materiál plošného spoje nebo jeho výrobce. Každý nezdařený pokus stál desítky tisíc korun. Při prvním kole nabídek jsme sestavili datasheet a oslovili s ním přes email asi sto různých potenciálních zákazníků z celého světa, na něž jsme za předchozí léta nasbírali kontakty. Nekoupil si ho ani jeden z nich. Bylo nám jasné, že přímým prodejem toho z České republiky moc nezmůžeme a bylo potřeba vytvořit webové stránky a zajistit, aby si jich lidé všimli. Dost tehdy pomohl Twitter, který bych pro tento typ segmentu trhu doporučil každému.

Družice UPSat

Družice UPSat Zdroj: https://upsat.gr

Prvním reálným zákazníkem, který pomohl snižovat deficit v počátečních investicích byla finská univerzita Aalto. Jedna z jejich družic rovněž odletěla ve stejný den na Atlasu. Odtud se ve spojení s rozšiřováním povědomí o firmě do světa rozkřiklo, že naše výrobky opravdu fungují. Abychom zákazníky motivovali k nákupu nechtěli jsme a dodnes nevyžadujeme jako jediní na trhu s komponentami pro malé družice zálohovou platbu předem. Zatím se nám nestalo, že by některý ze zákazníků nezaplatil.

Dnes už díky webovým stránkám, produktovým prezentacím na konferencích, stále rostoucímu publiku na Twitteru a také třeba uvedení na prestižním seznamu výrobců na cubesat.org/resources je firma známá po celém světě. Díky Google Analytics víme, že nás sledují lidé od NASA, přes Space X, MIT, národní kosmické agentury až po nejmenší univerzitní týmy. Máme z toho velikou radost. Firemní strategií je nabízet komponenty pro malé družice, které nejsou nikde jinde k dostání.

Družice UPSat je řecká. Jak si český startup našel cestu k řecké univerzitě?
Jednoduše. Bylo to přesně naopak. Řecká univerzita přišla za českou firmou a objednala si přijímač. Ne, ve skutečnosti je to ještě trochu složitější: University of Patras úzce souvisí s Libre Space Foundation, nadací, pod kterou (pokud se nepletu) patří i velice slavný produkt SatNOGS – hardware rotátoru pozemní stanice pro příjem signálu z družic a spousty komunitního know-how, jak družice přijímat s jednoduše dostupným vybavením. Vtip je v tom, že zakladatelé spolehli na open-source a celý mechanismus si tak může doslova za pár korun kdokoliv na světě vytisknout na 3D tiskárně. Z plastových rotátorů se stal celosvětový fenomén a nezůstalo jen u hardwaru, ale množství vychytávek pro řídicí počítač a elektroniku. U družic CubeSat je víc než kde jinde kritická energetická bilance – pomalu rotující satelit na LEO, velikosti 1U vygeneruje svými solárními články ze slunce přibližně 1W energie. Ten musíte pronásobit konstantou cca 0.66 – družice totiž prolétá i zemským stínem. Když jsou články horké – svítí na ně Slunce a jsou nalepeny na špatně chlazeném podkladu – je to s energií ještě horší. Nemluvě o tom, když se jeden panel z šesti zamění za velké senzory nebo antény. Zkrátka dokomunikovat se s tak malým množstvím elektrické energie, výkonem odpovídajícím polovičce maxima běžného mobilního telefonu na vzdálenost cca 2000 km (družice nad horizontem) vyžaduje přinejmenším směrovou anténu a nutnost ji automaticky a přesně směrovat. Přesně k tomu SatNOGS slouží.

Družice UPSat ve vypouštěcím zařízení k ISS.

Družice UPSat ve vypouštěcím zařízení k ISS.
Zdroj: https://upsat.gr

Hoši si nás pravděpodobně všimli díky jedné prezentaci na evropském CubeSat symposiu v Belgii. Po nějakém čase poslali objednávku a my začali vyrábět, programovat, testovat, balit a expedovat. Tehdy jsme jim v rámci stejné objednávky dodali zdarma i anténu pro PocketQube. Rezonanční kmitočet GPS patch antény je ale velice citlivý na umístění v blízkosti dalších vodivých ploch a nelze dopředu vždy říct, jak se bude anténa chovat v jiných než návrhových podmínkách. Pro PocketQube anténa vyhovovala, pro CubeSat už ne. Naší standardní CubeSat anténu si koupit nechtěli, protože počítali s umístěním na kulatý výklopný panel s dalšími senzory. Rozhodli se proto použít elektroniku z automobilové antény, kterou dodáváme pro základní seznámení s přijímačem zdarma. Ano i s tím lze do vesmíru letět. Nebylo v našich silách připravit jim v časové tísni bez bližšího vývoje (který něco stojí) anténu na míru.

Jaký účel má cubesat UPSat, jehož součástí je Váš přijímač?
Celá družice je ve stínu SatNOGS opět plně Open-Source. Tedy až na malý detail. GPS přijímač je tak složitý, že ani parta odhodlaných hackers není schopná ho bez předchozích zkušeností, hlubokých znalostí teorie signálů a jeho číslicového zpracování včetně znalosti orbitální mechaniky a teorie relativity v rozumném čase vyvinout, dotáhnout do konce a otestovat. Aby celou družici i dál mohli prohlašovat za 100% otevřenou, GPS přijímač na stránkách upsat.gr moc nezmiňují. Je vidět v řezu CAD modelu a poté na pár fotografiích v archivu projektu. Přesný účel družice s QB50 označením GR-02 neznáme. Kromě mandatorních senzorů QB50 (Multi-needle Langmuir Probe – čtyři tenké výklopné sondy pro měření parametrů plazmatu) všem zúčastněným určitě bude stačit, když se jejich od nuly navržený satelit z kosmu ozve, pošle data o svém stavu, vědecká data ze senzorů a místně příslušné informace z GPS. To samo o sobě se přibližně 50% všech týmů v historii nepovedlo. A i my to budeme za obrovský úspěch pokládat. Podle našeho názoru bude mise splněna, pokud data budou díky LibreSpace přijata přes pozemní stanici SatNOGS. O tom jak dobře přijímač zaintegrovali, zda není rušen některými systémy ve vlastním satelitu (EMC) nevíme. Necháme se překvapit. Model dodaný do družice UPSat obsahuje softwarovou jednotku rychlé akvizice, očekáváme proto, že by s navigováním neměly být vážnější problémy.

Koho můžeme nazvat duchovním otcem tohoto přijímače?
Doc. Pavel Kovář. Téma družicové navigace mnoho let vyučuje, sepsal k tomu i vlastní knihu, jako učební materiál pro své studenty. Připravuje se i její vydání v anglickém jazyce.

Potvrzující email o účasti

Potvrzující email o účasti

Čelili jste při vývoji nové technologie nějakým komplikacím?
Vývoj takového zařízení je velmi náročný. Hlavní knowhow je v softwaru a v signálovém procesoru pro FPGA. Bylo zapotřebí řadu známých teorií přeodvodit pro aplikaci na nízké oběžné dráze. Rovněž bylo třeba použít netradiční způsob vyhledávání družic, který se musel vyzkoumat, implementovat a optimálně zakódovat do VHDL, odsimulovat a pak otestovat v hradlovém poli. Vyhledání družic nějakou chvíli trvá a potenciálně hrozí, že dříve než k tomu může dojít, vlastní přijímač na LEO družici už je dávno za horizontem, kde původní satelity nevidí. Program zákonitě musí k výsledku dospět rychleji a tedy trochu netradiční cestou.

Dále bylo velmi náročné a zdlouhavé přijímač testovat. Ve výpočtech může docházet k mnoha singularitám a problémům jako například pohyb družice přes póly nebo rovník. K testování přijímače bylo zapotřebí se naučit pracovat s jedním japonským softwarovým simulátorem a dokonce vzájemně spolupracovat na odstranění jeho vlastních nedostatků. K tomu bylo třeba naprogramovat řadu metod pro vyhodnocování chyby polohy.

Z výrobního hlediska je navíc třeba neustále kontrolovat skladové zásoby elektronických komponent, z nichž se přijímač vyrábí a případně reagovat na změny úpravou programu. Je potřeba si uvědomit, že odbyt se nepočítá na stovky kusů za měsíc, základní komponenty nejsou nejlevnější a nemá tedy ekonomický smysl se výrazně předzásobovat. I elektronické součástky mají svou dobu expirace z důvodů oxidace vývodů. Nehledě na povrchovou úpravu výsledných desek v letové konfiguraci. Jeden z používaných chemických prostředků má například lhůtu spotřeby 6 měsíců od data výroby.

V tiskové zprávě se píše, že přijímač představuje současnou technologickou špičku. Mohl byste popsat v čem přesně spočívá jeho unikátnost?
Má nejnižší spotřebu ze všech GPS přijímačů, které kdy do vesmíru letěly. To je jedno z obrovských plus proč je vhodný právě pro CubeSaty. Dosud používané konkurenční přijímače mají spotřebu okolo 1,2 W. Rodina přijímačů piNAV, jehož je pqNAV-L1 derivátem potřebují pouze desetinu energie (120 mW).

Montáž družice UPSat

Montáž družice UPSat
Zdroj: https://upsat.gr/

Nemá v sobě softwarové omezení na rychlost a výšku. Jde tedy použít na orbitě, při rychlostech až 8 km/s a nebo třeba na balistických střelách. I proto vyžaduje vývozní povolení od Ministerstva průmyslu a obchodu, které každý náš export tzv. zboží dvojího užití do zemí mimo EU nebo mimo spřátelených (USA, Kanada, Japonsko, Austrálie, Švýcarsko) reguluje. Ve formátu PocketQube se nám ho podařilo natěsnat na obě strany tak, že je zároveň i nejmenším na trhu. Protože jsou součástky už hodně blízko sebe a navzájem se tedy nutně ovlivňují, má přijímač asi o 1-2% horší citlivost oproti verzím, které nabízíme pro CubeSaty. To je ale pořád velice uspokojivé. Kromě jiného patří k novější verzi softwaru s akviziční jednotkou, která dokáže přijímač od vypnutí do poskytování navigačních dat připravit cca za 60-90 sekund. Konkurenci to běžně trvá asi 3 minuty, jsou i verze s časem až 30 minut.

Standard PQ60 (www.pq60.info) jsme nevymysleli ani se k tomu nehlásíme – opět je to naše spíš nezasloužené prvenství. Vyvinul ho společně s kolegy a zájemci z komunity okolo PocketQube standardu Tom Walkinshaw – zakladatel pocketqubeshop.com My ho jen použili, protože jsme velice rychle odhadli, že je opravdu vymyšlený lidmi, kteří nad ním uvažovali a brali do úvahy běžné inženýrské neřesti (zemnicí smyčky a podobně). Nápad vyrobit i verzi pro PocketQube ale náš byl, pochopili jsem rychle a snadno, že ti, kdož staví verzi velikosti 1p (5x5x5 cm) si od nás žádný přijímač koupit nemohou, protože i ten nejmenší model měl na délku bez kabeláže 7 cm.

PQ komunita po první sérii družic vypuštěných na družici Unisat utlumila své aktivity, zejména proto, že v současnosti neexistuje vhodný nosič a kompatibilní vypouštěcí kontejner. Proto se Tom rozhodl svou existenci na dobu, než se tato situace přežene postavit na spolupráci s ESA – pro čtenáře, které by to zajímalo – staví satelit Unicorn-1, který by měl být nejmenším satelitem, jaký kdy ESA financovala, postavila, vypustila do kosmu a provozovala.

Původně měl obsahovat i přijímač leteckých dat (ADS-B, Automatic Dependent Surveillance – Broadcast), z orbity sledovat letecký provoz a první radiovou mezisatelitní linkou svého druhu na platformě PQ60 data přenášet na Zem. Pasivní radar se mu ale z časových a technických důvodů nepodařilo dokončit a tak ho z cílů projektu Unicorn vyškrtl. Po krátké diskuzi s kolegou jsem vyvinul přijímač vlastní. Trochu jsem se zamyslel nad stylem, jakým dosud všichni signál v podobných přijímačích zpracovávali a přišel jsem s řešením, které vyústilo v dosah až 2000 km při přímé viditelnosti.

Přijímač pqADS-B pro sledování leteckého provozu z vesmíru

Přijímač pqADS-B pro sledování leteckého provozu z vesmíru

Protože jak víme Země je kulatá, nelze v pozemských podmínkách testovat tak vysoký dosah přímo. Vzdálenost při níž se letadlo v letové hladině 10 000 metrů schová za horizont je asi 350 km. To je typický dosah, který pozorujeme. Avšak s použitím vložného útlumového článku (atenuátoru) s definovaným útlumem lze teoreticky dovodit dosah přijímače. S útlumovým článkem 20 dB (vzdálenost 10x větší) pozorujeme letecký provoz do vzdálenosti 200 km, tedy až 2000 km v případě přímé viditelnosti. Protože antény letadel vysílají svou energii zejména v horizontálním směru, existuje výpočet výšky orbity při které s dosahem 2000 km může systém spolehlivě fungovat. Proto uvádíme provozní výšku orbity 600 km při použití všesměrové antény. Se směrovou anténou je dosah ještě vyšší.

První z CubeSat komunity s podobným přijímačem byl satelit GomX-1, který pro příjem z výšky 600 km vyžadoval asi 40 cm dlouhou vystřelovací spirálovou anténu (Helix). To pro běžné další uživatele představuje problém spojený se spolehlivostí vystřelení. Podle provedených měření by pro stejný výstup měla našemu přijímači stačit jednoduchá anténa (monopól). S lehce směrovou patch anténou by dokonce měl být schopen stejného dosahu jako aktuálně uváděný systém firmy Aireon na družicích Iridium-NEXT. Zde konstelace hostí zařízení s hmotností 50 kg. Přestože se společnost chystá vytvořit globální pokrytí (77 družic), podle vyjádření jejího zástupce získaná data volně zveřejňována nebudou. Tím dává našemu produktu šanci na reálné uplatnění a zájem zákazníků i po uvedení do provozu kompletní konstelace. Systém od GomSpace použitý pilotně na satelitu GomX-1 má navíc opět spotřebu desetkrát vyšší než náš systém, který je tak vhodný i na použití v satelitech PocketQube. Dohromady tak lze nyní uvažovat o vybudování megakonstelace za zlomek pořizovací ceny konstelace z družic CubeSat.

Přijímač leteckého provozu piADS-B umožňuje plnohodnotný příjem dat, která letadla volně vysílají, určovat jejich polohu, rychlost, výšku, unikátní kód ICAO a zjistit třeba k jaké aerolince patří. Níže je uvedeno první letadlo, které se podařilo úspěšně za letu identifikovat. Evropská kosmická agentura letos v březnu vypsala veřejnou soutěž na realizaci pokusného zařízení (testbed) se stejným účelem. V současnosti se chystáme otevřít dialog o spolupráci.

Pětihodinový záznam provozu pořízený během PQ workshopu v Delftu, z nějž plyne že Schiphol je opravdu vytížené letiště.

Pětihodinový záznam provozu pořízený během PQ workshopu v Delftu, z nějž plyne že Schiphol je opravdu vytížené letiště.

Zmiňujete se o standardu PQ60 – mohl byste, prosím, nějak vysvětlit, v čem spočívá a v čem je zajímavý?
Jedná se o standard rozměrů plošného spoje, zapojení a definování signálních konektorů s cílem, aby dvě desky od různých vývojářů nebo dodavatelů byly vždy
kompatibilní. Okolo standardu byla živá diskuze na úrovni technické univerzity v Delftu. Pro mnoho uživatelů je šedesátipinový konektor příliš veliký a existují tlaky na jeho zjednodušení a zmenšení. TU Delft představila svůj vlastní koncept standardu PQ9 – tj. pouze 9 vodičů na hlavní konektorové sběrnici. Více o tom i mnoho dalšího lze nalézt v prezentacích z prvního ročníku PocketQube workshopu zde. Pro nás Čechy je tedy zajímavý i samotný fakt, že jsme zatím jediní na světě, kdo ho “průmyslově” a vůbec poprvé dostal až do vesmíru. I když pokorně dodávám – ne cíleně naší zásluhou. Je zřejmé, že pokud lze na daném formátu realizovat i tak komplexní systém, jako je přijímač GPS signálů, je potřeba za námitkami proti rozměrnému konektoru některých členů komunity hledat i jiné důvody.

Speciální GPS přijímač pro malé družice pqNAV-L1/Flight Model

Speciální GPS přijímač pro malé družice pqNAV-L1/Flight Model Zdroj: www.skyfoxlabs.cz

Jak velký je Váš přijímač? Bylo by možné jej k něčemu přirovnat?
Rozměry dle standardu PQ60 jsou horizontálně 42×42 mm. Na výšku potom cca 10 mm. Je tedy velký asi jako malá krabička zápalek. Váží 12 gramů.

V tiskové zprávě uvádíte, že výhodou Vašeho přijímače jsou malé rozměry a nízká spotřeba energie. Jak jsou na tom ostatní přijímače od konkurence co se velikosti a spotřeby týče?
Energeticky je to desetkrát méně než konkurence, velikost konkurenčního přijímače je asi jako kreditní karta. Protože byl konkurenční přijímač z Kanady hlavně v USA populární, rozhodli jsme se vyrobit jeho rozměrovou a elektricky kompatibilní kopii. I o tu je nemalý zájem. Je patrné, že oproti výchozímu modelu, který je zapouzdřen do radiačního stínění se určitá část zákazníků o radiační efekty příliš nezajímá. Kritériem je především nízká hmotnost zařízení.

Běžný GPS přijímač

Běžný GPS přijímač

Vývoj kosmické techniky bývá v současné době mezinárodní. S jakými organizacemi spolupracujete?

Ano, máte pravdu. Při testování jsme spolupracovali s jednou japonskou firmou, vyvíjející signální generátory pro ověřování funkce GPS přijímačů. Mezinárodní spolupráce je naprosto neodmyslitelná na meziplanetárních misích a družicích s obrovskými rozpočty. Nicméně stále více se množí zákazníci, kterým riziko spojené s komerční elektronikou příliš nevadí, protože doba trvání jejich mise je třeba jen půl roku. Za tu dobu je na vhodných orbitách jen velmi málo pravděpodobné, že by elektronika přestala pracovat kvůli kosmickému záření. I když třeba vliv jihoatlantické anomálie samozřejmě očekáváme i u satelitu UPSat. Protože všechny další potřebné výrobní prostory, technologie nebo dodavatele máme v ČR k dispozici, snažíme se ve většině případů řešit vše u nás.

Například University Stellenbosch z JAR staví jednotky ADCS pro řízení orientace malých družic. Za možnost otestovat si jeden z našich přijímačů kompatibilní s jejich jednotkami nám nabídli vzájemné partnerství a doporučují nás svým vlastním zákazníkům. Stejně tak litevský startup NanoAvionics. S nimi až nyní téměř po roce realizujeme první zakázku. Zajímavé je, že je z USA a týká se antén. Je zarážející, že americká univerzita důvěřuje více litevské společnosti, než nám – přímému výrobci z České republiky, přestože sama firma NanoAvionics na našich produktech již nic neupravuje.

Jsou mezi Vašimi partnery i nějaké české organizace?
Ano jsou. Velice ochotně s námi spolupracuje pan Luděk Graclík a jeho tým z firmy G.L. Electronic v Brně. Máme tak jistotu, že zákazníkům dodáváme komponenty, které pájí lidé s patřičnou certifikací ESA.

Radiační zkoušky

Radiační zkoušky

U hardwaru jsme spolupracovali například s Ústavem jaderného výzkumu v Řeži, kde jsme přijímače testovali na celkovou ionizační dávku gama záření. Pracovali jsme v kobaltové ozařovně, která byla před mnoha lety při záplavách zasažena. Uvnitř komory byly stopy povodní stále patrné. Několik hodin po ukončení testu se desítky let starý radioaktivní zářič z komory demontoval a ozařovna začala modernizovat.

Elektronika bez dodatečného stínění začala vykazovat poruchy od dávky přes 30 kRad(Si), hmotnostně kompromisní 2mm stínění spolehlivě přidalo dalších 5 kRad(Si) odolnosti. Ve stejném procesu se ozařoval i dvojitý nízkonapěťový spínaný zdroj. Mile nás překvapil, přežil celý test a chceme ho v brzké době implementovat jako produkt.

Zaměřujete se pouze na GPS přijímače, nebo vyvíjíte i jiné součásti pro kosmickou techniku?
Jedním z našich dalších produktů, který běžně není k sehnání je aktivní GPS anténa, tj. s předzesilovačem, filtrem, EMC stíněním, ESD ochranou a kabeláží. Nově ji nabízíme i v kombinované verzi pro příjem systémů GPS/GLONASS. Zajímavá je tím, že přežije elektrostatický výboj, který může díky vesmírnému záření přeskočit například z nevodivého krytu na kovové části antény. To bylo ověřeno praktickými jiskrovými zkouškami piezogenerátorem.

Vývojový kit přijímače pqNAV-L1,

Vývojový kit přijímače pqNAV-L1, Zdroj: www.skyfoxlabs.cz

Pro jednoho vzácného zákazníka z Japonska jsme vyráběli sadu krytých antén pro několik desítek kilogramů vážící mikrosatelit. Vzhledem k obchodnímu tajemství ale nemůžeme zveřejnit více. Zrealizovali jsem i palubní radiační alarm, v podstatě družicový pevnolátkový dozimetr. Demonstračně s ním bylo naměřeno radiační pozadí v Holandsku během PQ workshopu.

Jednou z podmínek využívání radioamatérského spektra v souvislosti s provozem malých družic je také fakt, že z provozu nesmí mít provozovatel žádný komerční užitek. Musíme tedy vše co nabízíme ještě jednou kompletně přestavět, abychom neporušili Radiokomunikační řád. S produktem dozimetru do vesmíru na vlastní misi letět nesmíme. Elektronika se však dá upravit na vědecký přístroj – gama spektrometr. Chceme ho při letu družice Lucky-7 využít pro měření radiace na oběžné dráze. Vždy když jsme hledali jak spektrum záření na LEO vypadá, nedokázali jsme najít srozumitelně publikovaná data. Pro let lidské posádky je ale spektrum záření velice důležité. Domníváme se, že podle něj lze následně určit, jaký druh stínění je vhodné pro kosmickou loď použít.

Radiační pozadí v Holandsku během PQ workshopu.

Radiační pozadí v Holandsku během PQ workshopu.

Pro spektrometr již máme vyrobené dva špičkové zakázkové senzory. V ukázce níže je příklad spektra mírně radioaktivního draselného hnojiva (fotopeak K2O granulátu na 1.4 MeV). Úplně vpravo je potom ve formě tenké jehly patrné tvrdé kosmické záření nasbírané společně s draselným příspěvkem za 8 hodin měření. S přibližně 800 kanály je rozsah energií asi 0.3 – 10 MeV. Spotřeba přitom jen okolo 50-70 mW.

Histogram gama záření pořízený palubním gama spektrometrem

Histogram gama záření pořízený palubním gama spektrometrem

V čem jsou tyto díly zajímavé oproti běžně používaným součástkám?
Snažíme se neopomíjet klasické inženýrské chyby, myslet na vliv radiace na polovodiče (ten je pro mnoho druhů součástek docela známý a většinou i se společnými efekty). Kromě vakua, špatného vedení tepla, kosmického záření a byrokracie se ale komerční kosmonautika dá provádět poměrně úspěšně.

Často se stává, že komerčně vyráběná součástka projde stejným výrobním procesem jako součástky kvalifikované pro let například pro ESA. Jediným rozdílem je hlubší testování před samotným dodáním zákazníkovi. Typicky se tak dají pořídit za zlomek ceny třeba kvalitní kondenzátory nebo rezistory. Kromě toho každý výrobek před odevzdáním testujeme 96 hodin v provozu.

Mohl byste nastínit další plány? Dočkáme se v budoucnu nějakých dalších družic s Vašimi systémy?
Jeden indický zákazník má velké plány se vzdělávacím programem pro střední školy ve své zemi. Uvidíme, jestli se tento projekt uskuteční. Indie je známá svým dynamicky rostoucím trhem s kosmonautikou. Nápadů je mnoho, chceme se teď chvíli soustředit i na středně velké družice a trochu větší systémy. Protože stále přijímáme nové objednávky na letovou verzi hardwaru, myslíme si, že další zákazníci ve vesmíru budou přibývat.

PEGASUS v době vývoje cca rok nazpět

PEGASUS v době vývoje cca rok nazpět

Hned v květnu by to společně s českým VZLUSAT-1 (kód QB50 CZ-02) a možná i skCube měla být rakouská družice PEGASUS (kód QB50 AT-03), která nese opět náš přijímač a navíc i celý jeden vnější panel plný elektroniky. Obsahuje barevnou VGA kameru, magnetometry, aktivní GPS anténu, precizní termistor pro měření teploty a sluneční senzor. Celá družice už prošla všemi potřebnými testy ve švýcarském RUAGu a je zaintegrovaná do vypouštěcího zařízení QuadPack v Holandsku.

PEGASUS je další ze série družic QB50. Tentokrát bude mimo povinných senzorů nést unikátní plazmový pohon. V panelu jsou celkem 4 velké otvory pro trysky PPT (Pulsed Plasma Thruster), více třeba zde nebo zde. Protože k hoření (teflonu) je zapotřebí vysoké napětí, jejich původní (konkurenční) GPS přijímač údajně zničil při jednom z testů student, který do antény neopatrností přivedl napětí z elektroniky násobiče (cca 2000 V). Protože tým byl v časové tísni, dva přijímače koupil od nás a nakonec si spolupráci velice pochvaloval.

Pokud bude vše fungovat i v květnu na orbitě, chtějí nás použít i pro druhou verzi družice. Mluví se i o rozšíření spolupráce na další komponenty. Podle autora PEGASUSu má přijít test pohonu až na samotný konec mise, protože se elektrickými výboji očekává zničení celé řady komponent – pravděpodobně to odnese i náš panel. Nechme se překvapit. Družice bude na raketě PSLV C38 po startu vypuštěna prakticky obratem. Určitě se pokusíme o příjem dat naší vlastní pozemní stanicí.

Vyvinutý vnější družicový panel pro start z indického kosmodromu (družice PEGASUS, Rakouská technická univerzita FHWN)

Vyvinutý vnější družicový panel pro start z indického kosmodromu (družice PEGASUS, Rakouská technická univerzita FHWN)

Trochu pozastavená je činnost ze strany projektu femtosatelitů ThumbSat. Zde se po vzájemném vývoji a ještě větší miniaturizaci podařilo týmu GPS přijímač ve Velké Británii implementovat. Byly vyrobeny plně funkční tři kusy ověřovací série jednodeskového satelitu, podobnému družicím ChipSat viz https://www.thumbsat.com/genesis-of-thumbsat. Družice měly letět na nových nízkotonážních raketách typu Electron. Zatím se tak nestalo. Pro Českou republiku je zajímavé, že pozemní přijímač sítě ThumbNet (příjem telemetrie) by měl být dle interaktivní mapy na stránkách komunity i ve vlastnictví někoho z Prahy/středních Čech.

Byly vyrobeny plně funkční tři kusy ověřovací série jednodeskového satelitu, podobnému družicím ChipSat

Byly vyrobeny plně funkční tři kusy ověřovací série jednodeskového satelitu, podobnému družicím ChipSat

Čtenáři se nás často ptají, jak získat práci s kosmickou tématikou. Nehledá Vaše společnost nějaké nové pracovníky?
Podle webu Ministerstva dopravy je v ČR zaregistrováno více než 100 subjektů. Čtenářům bych tedy doporučil zkusit nejprve tento seznam. Některé větší firmy určitě mají otevřené projektové pozice.

Naše ekonomická situace stále není úplně příznivá pro možnost přijímat nové zaměstnance, zejména z důvodů investic do dostavby systémů naší vlastní družice a jejího vypuštění. Děláme ale vše proto, abychom to změnili, protože velmi dobře víme, že naše vlastní omezené časové možnosti další snadný růst neumožňují. Případně bychom mohli doporučit vydat se podobnou cestou jako my a v kosmonautice se nebát vyzkoušet vlastní nové myšlenky prodat ostatním. Kromě jiného provozujeme doménu http://www.czech.space, která by v ideálním případě na tyto otázky měla všem zájemcům v ČR podat odpověď. Rádi na ni přidáme dlaždici pro web kosmonautix.cz

Děkujeme Vám za čas, který jste si pro rozhovor udělali a přejeme mnoho úspěchů.

Zlaté české ručičky: Inovativní GPS přijímač z Česka je ve vesmíru, 5.0 out of 5 based on 37 ratings
Pin It
(Visited 3 165 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (37 votes cast)
(Visited 3 165 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


15 komentářů ke článku “Zlaté české ručičky: Inovativní GPS přijímač z Česka je ve vesmíru”

  1. kopapaka napsal:

    Gratulace k takovému úspěchu!

  2. Michael Voplatka napsal:

    Mnohokrát děkujeme panu Laifrovi za vyčerpávající informace. Klaním se před Vašimi úspěchy a přeji mnoho úspěchů a spokojených zákazníků!

  3. Pospíšil napsal:

    Elektronika sice není mým oborem, ale přesto bych chtěl vyjádřit hluboký respekt k úsilí a komerčnímu úspěchu tak malého a mladého týmu z české kotliny. Přeji hodně úspěchů v dalším konání, plně funkční produkty SkyFox Labs na oběžné dráze a pouze spokojené zákazníky. Díky za velmi zajímavou firemní prezentaci.

  4. Majkl napsal:

    Vím že to sem nepatří tak se za to omlouvám, ale dnes jsem si všiml že má google v animaci nad vyhledávačem sondu Cassini a její průlet kolem Saturnu.

  5. Jan Kolář napsal:

    Gratuluji k tomuto úspěchu tvůrcům unikátního produktu. Je to povzbudivý příklad pro rozvoj kosmonautiky v naší zemi, který si zasluhuje co největší podporu. Osobně jsem rád, že idea malé družice získala u nás aktivní producenty a věřím, že jich bude přibývat. A děkuji za článek, který je tomu účinnou podporou.

  6. Raton napsal:

    Bolo to velke potesenie, citat o slubnom rozvoji v dalsej z buducich oblasti priemyslu, v CR. Co je este vzacnejsie je vediet svoje hlboke znalosti aj komercne vyuzit. Co ma pre SkyFoxLabs neskutocne tesi. Zelam vela uspechov, a stastia :).

  7. gg napsal:

    Docela by mě zajímalo, zda takový orbitální přijímač může kromě absence atmosféry a jiných zmíněných odlišností využít i toho, že dráhy družic jsou keplerovské (na rozdíl od opilých chodců a automobilů v zatáčkách apod). To by potenciálně mohlo výrazně usnadnit filtraci dat.

    • Tomáš Báča napsal:

      Určitě, filtrační a estimační metody mají velmi rády, pokud se objekt chová podle známého modelu. A pohyb na orbitě patří mezi ty vůbec nejlepší :-).

  8. Tomáš Báča napsal:

    Gratuluju! Klobouk dolů! 🙂

  9. ventyl napsal:

    Myslim, ze toto je priklad snahy, ktora v konecnom dosledku moze mat dopad aj na produkty mimo sfery nepilotovanej kozmonautiky. Vobec by som sa nedivil, keby zaujem o tieto snimace v kratkej dobe prejavili aj klienti, ktori maju vacsie satelity, nez cubesaty a v konecnom dosledku to moze priniest tlak na vyrobcov podobnej elektroniky aj mimo tuto oblast.

    • Jiný Honza napsal:

      Jak sám pan Laifr píše, běžné komerční GPS čipy jsou mnohem lepší než ten jejich. Ale mají zabudované omezení na maximální rychlost a výšku, aby si každý trouba nemohl vyrobit v kuchyni mezikontinentální řízenou střelu. 🙂

      Oni prostě dělají velmi dobrou vojenskou/kosmickou verzi GPS bez omezení. V civilním sektoru nemají šanci, když každý máme v mobilu menší, přesnější, citlivější a hlavně levnější GPS.

      • gg napsal:

        Je otázka, jestli přesnější, protože jak jsem zmínil výše, přijímač na družici má jisté možnosti, které pozemní přijímač nemá a mít nebude. Klidně by se časem mohli dostat třeba i na decimetrovou přesnost okamžité polohy (limitující asi bude znalost tvaru gravitačního pole Země).

  10. Petr napsal:

    Klobouk dolu. Nevedel jsem, ze se neco takoveho dela v CR. To uz vyzaduje opravdu velke zkusenosti. Jen tak dal!

Zanechte komentář