Elastyczna konstelacja mikrosatelitów SAR. Alternatywa dla Polski [ANALIZA]

18 lipca 2018, 13:43
ICEYEX1
Wizualizacja satelity ICEYE-X1 na orbicie. Iliustracja: ICEYE

Polskie władze wciąż nie znalazły sposobu na racjonalne zaspokojenie krajowych potrzeb w zakresie zobrazowań satelitarnych. By wybrać odpowiednie rozwiązanie trzeba właściwie zadać, a następnie znaleźć odpowiedzi na szereg pytań dotyczących pożądanej infrastruktury orbitalnej. Wydaje się, że optymalne może okazać się wykorzystanie komercyjnej konstelacji niewielkich satelitów obserwacyjnych przy możliwie wysokim stopniu automatyzacji procesu przetwarzania pozyskiwanych danych.

Państwowe potrzeby

Polska potrzebuje dostępu do danych z rozpoznania satelitarnego. Jest to kwestia fundamentalna dla bezpieczeństwa narodowego. Dostęp do tego rodzaju źródła informacji zagwarantuje decydentom wojskowym i cywilnym wiedzę na temat działań innych państw w otoczeniu granic RP. Posiadanie tej wiedzy jest warunkiem koniecznym do tego, by dowódcy wojskowi mogli na czas przygotować skuteczną obronę na wypadek agresji z terenu któregoś z państw ościennych.

Ministerstwo Obrony Narodowej potrzebuje systemów rozpoznawczych do sprawnego funkcjonowania sił zbrojnych oraz skutecznego wykorzystania defensywnych środków bojowych, jakie Polska pozyskuje w ramach Planu Modernizacji Technicznej. Potrzeby w tym zakresie stają się szczególnie istotne podczas prowadzonych przez naszych wschodnich sąsiadów manewrów wojskowych, takich jak Zapad 2017. Ponadto, czynniki dowódcze muszą mieć stale na oku to, co dzieje się w Obwodzie Kaliningradzkim.

Również cywilny segment administracji, tak w części rządowej, jak i samorządowej, potrzebuje dostępu do zobrazowań satelitarnych. Szczególnie przydaje się to na przykład w zarządzaniu kryzysowym, choćby podczas nawiedzających niektóre obszary kraju powodzi.

Zobrazowania satelitarne wykorzystuje się też w wielu innych aspektach funkcjonowania społeczeństwa i gospodarki. Związane z tym technologie mogą choćby służyć podniesieniu efektywności rolnictwa precyzyjnego, czy monitorowaniu i zarządzaniu ruchem pojazdów. Jednym słowem, zdjęcia pozyskiwane z orbity są dziś ważnym narzędziem realizacji Strategii na Rzecz Odpowiedzialnego Rozwoju.

Satelitarne zdjęcie pokrywy lodowej na morzu między Tallinnem a Helsinkami. Fot. ICEYE
Satelitarne zdjęcie pokrywy lodowej na morzu między Tallinnem a Helsinkami. Fot. ICEYE

W świetle powyższego widać, że zapotrzebowanie na pewne źródła zobrazowań satelitarnych, tak ze strony polskiej armii, jak i krajowej administracji, jest nie tylko bezdyskusyjne, ale także pilne. Tym, czego faktycznie potrzebujemy, nie są same urządzenia, lecz konkretne zdolności – możliwość pozyskiwania odpowiednich zdjęć powierzchni planety we wskazanym miejscu i czasie, zgodnie z bieżącymi potrzebami. Posiadanie owych zdolności jest celem, do którego można dojść na wiele różnych sposobów. W tym kontekście decydenci powinni najpierw zastanowić się nad kilkoma istotnymi kwestiami.

Kluczowe pytania

Pierwsze pytanie jakie staje przed osobami odpowiedzialnymi za zapewnienie satelitarnego rozpoznania dla Polski brzmi:

  • Kupować gotowe usługi od zagranicznych podmiotów komercyjnych, czy stawiać na posiadanie własnego satelity?

Jeśli celem naszych narodowych dążeń ma być posiadanie własnego satelity, wówczas rodzi się pytanie:

  • Czy satelitę dla Polski kupować w całości, budować samodzielnie, czy budować przy wsparciu partnera zagranicznego?

Kolejna ważna kwestia:

  • Czy stawiać na jedno, góra dwa duże urządzenia, czy na konstelację mniejszych satelitów?

Czwarte wreszcie kluczowe pytanie brzmi:

  • Czy w sytuacji, kiedy finanse na wdrożenie początkowej fazy polskiego programu satelitarnego będą ograniczone, należy w pierwszej kolejności koncentrować się na zdobyciu zdolności w zakresie obserwacji optycznej, czy też radarowej?

Duży satelita obserwacji Ziemi

Szereg analiz i opracowanych dokumentów, w tym przygotowane przez konsorcjum podmiotów pod wodzą CAMK PAN Studium wykonalności astronomicznego satelity obserwacyjnego w paśmie UV oraz zaprezentowany przez PAK pod koniec 2017 r. projekt Krajowego Programu Kosmicznego wykazały, że polski przemysł kosmiczny nie jest na obecnym etapie zdolny do samodzielnej budowy dużego satelity obserwacji Ziemi (ang. Earth Observation – EO).

W tej sytuacji jedyną szansą pozyskania takiego urządzania jest zakupienie go od zagranicznego partnera. Polska musiałaby w tym celu porozumieć się z jednym z dużych światowych koncernów, wiodących jeśli chodzi o produkcję satelitów, które wypełniają rolę ich głównego integratora (występują jako tzw. prime).

Na dostawę tego typu instrumentu nasz kraj musiałby z pewnością poczekać co najmniej kilka lat. Co więcej, nabycie gotowego sprzętu nie dałoby szans rozwoju dla polskich kadr. Chyba, że problem ten rozwiązano by odpowiednią umową, na mocy której, przykładowo, drugiego dużego satelitę Polacy budowaliby wspólnie z inżynierami zagranicznego podmiotu, w ten sposób nabywając niezbędnych w sektorze kosmicznym kompetencji.

Zaletą dużego satelity obserwacji planety byłaby prawdopodobnie wysoka, a może bardzo wysoka rozdzielczość wykonywanych przez niego zobrazowań. Pytanie jednak, czy bardzo wysoka rozdzielczość jest dla celów krajowej administracji i wywiadu faktycznie niezbędna? Posiadając cechujące się takimi parametrami pojedyncze urządzenie, a nawet dwa takie satelity, należałoby bowiem liczyć się z relatywnie małą częstotliwością rewizyty nad będącym w polu naszego zainteresowania obszarem. Dodatkowo, jeśli brać pod uwagę satelitę optycznego, będzie on pozyskiwał dobre zdjęcia jeszcze rzadziej, będąc wyposażonym w sensory, których skuteczność warunkuje dobra pogoda – bezchmurne niebo.

Budowa konstelacji małych satelitów

Stworzenie konstelacji małych satelitów może być optymalnym rozwiązaniem dla Polski. Z kilku powodów. Po pierwsze, jest to zadanie na miarę możliwości rodzimego przemysłu. W Polsce powstawały już niewielkie satelity studenckie serii PW-Sat, oraz naukowe w ramach projektu BRITE. W ofercie firmy Creotech Instruments z podwarszawskiego Piaseczna znajduje się modułowa platforma satelitarna HyperSat dla urządzeń o masie do 60 kg.

Przy produkcji konstelacji satelitarnej dla Rzeczpospolitej należałoby ponadto wykorzystać szereg zalet trendu New Space. Chodzi przede wszystkim o możliwie szybkie wytwarzanie urządzeń, możliwie na bazie komponentów powszechnie dostępnych w sprzedaży (ang. off the shelf). Kolejne urządzenie rozbudowywanej stopniowo konstelacji można wyposażać w coraz to nowsze typy wchodzących na rynek podzespołów. Owa elastyczność gwarantuje, że choć system powstaje zgodnie z rozpisanym dużo wcześniej harmonogramem, to jego kolejne elementy składowe są tak nowoczesne, jak pozwala na to rozwój technologii w momencie ich powstawania.

Istotna jest również gotowość na większą akceptację ryzyka. Kolejne satelity buduje się prędzej i taniej, akceptując niejako, że raz na jakiś czas któreś z urządzeń może okazać się wadliwe lub ulec awarii. Korzyści z szybkiego wdrażania całej konstelacji do użytku przeważają jednakże wspomniane ryzyko. W wywiadzie dla Space24.pl mówił o tym prezes zarządu i współzałożyciel firmy Iceye, Rafał Modrzewski: „Zwłaszcza, jeżeli podąża się stosowaną przez nas metodą, która zakłada postępowanie małymi krokami i uczenie się przy każdym następnym kroku tego, jak budować kolejny system. Przy tym sposobie pracy z założenia te pierwsze systemy są wadliwe, nie działają idealnie, ale można je zbudować i wystrzelić dużo szybciej niż zakładając, że za pierwszym razem tworzymy ostateczną wersję rozwiązania.”

Można oczywiście podnosić zarzut, że mniejsze i budowane według mniej restrykcyjnych procedur satelity posłużą na orbicie krócej, niż ich tworzone z większą ostrożnością odpowiedniki, budowane przykładowo pod kątem 15 lat służby. Niemniej wspomniane już otwarcie na innowacyjność przy dokładaniu kolejnych elementów, duża elastyczność i mniejsze koszty stworzenia systemu rekompensują z nawiązką niedogodności związane z krótszym okresem eksploatacji pojedynczego satelity.

Hardware i okablowanie dla jednego z satelitów ICEYE. Fot. ICEYE
Hardware i okablowanie dla jednego z satelitów ICEYE. Fot. ICEYE

Zastosowanie podejścia w duchu New Space przy tworzeniu konstelacji EO dla polskiej administracji oznacza dwie główne korzyści:

  • szybka realizacja,
  • względnie niskie koszty.

Tworzenie konstelacji mniejszych i prostszych urządzeń pozwala ponadto na duży stopień elastyczności w dostosowaniu parametrów i możliwości całego systemu satelitarnej obserwacji Ziemi pod kątem specyficznych potrzeb i wymagań zamawiającego podmiotu – w tym wypadku administracji państwowej.

Celem zapewnienia skuteczności całego systemu konieczne będzie postawienie na znaczną automatyzację. Tylko w ten sposób możliwe będzie sprawne przetwarzanie pozyskiwanych danych i wyłuskiwanie istotnych informacji z ogromnego strumienia wykonywanych na orbicie zdjęć satelitarnych.

Rozwiązanie polsko-fińskie

Odpowiedzią na krajowe zapotrzebowanie w kwestii EO może być oferta  firmy ICEYE. ICEYE to innowacyjne przedsiębiorstwo z Finlandii, którego wspomnianym już współzałożycielem i prezesem jest Polak, Rafał Modrzewski. Firma działa w duchu Space 4.0. Sukcesywnie buduje na orbicie konstelację niewielkich satelitów obserwacyjnych, wyposażonych w radary z syntetyczną aperturą (SAR). Do końca 2018 r. ICEYE będzie mieć w przestrzeni kosmicznej już trzy do czterech urządzeń.

Po tym, jak konstelacja uzyska pełną zdolność operacyjną, satelity tego operatora będą zapewniać częste rewizyty nad danym obszarem. Co więcej, będąc wyposażone w SAR, urządzenia te mogą prowadzić obserwacje niezależnie od oświetlenia czy warunków atmosferycznych nad daną częścią ziemskiego globu. Polegając na dużej sieci mniejszych satelitów państwo nie będzie narażone na ryzyko utraty dostępu do informacji w przypadku awarii jednego czy dwóch dużych satelitów w dyspozycji administracji – gdyby zdecydowano się na takie rozwiązanie.

Szansa gospodarcza

Znaczną część swojej działalności ICEYE prowadzi i dalej zamierza rozwijać w Polsce. W Warszawie już działa chociażby centrum obsługi klienta. Duże centrum R&D firma chce stworzyć w Krakowie. Polska dobrze się do tego nadaje, ze względu na występujący w naszym kraju znaczny rezerwuar dobrze wykształconych kadr.

Jeśli administracja rządowa zdecydowałaby się na kooperację z fińską spółką, wówczas dostęp do nowoczesnej konstelacji satelitów SAR dla Polski byłaby szansa pozyskać w relatywnie krótkim czasie i przy znacznie niższych kosztach, niż pochłonęłaby budowa własnego czy kupno w całości dużego satelity EO od zagranicznego prime’a.

Współpraca z tym dostawcą zobrazowań radarowych dałaby kluczowym czynnikom w kraju możliwość niespiesznego i systematycznego wdrożenia się w realia pracy z konstelacjami satelitów obserwacji Ziemi, chociażby w kwestii racjonalnego zadaniowania tych urządzeń. Zasób posiadających odpowiednie kompetencje kadr można by stopniowo rozbudowywać.

Polska ma obecnie dostęp do udostępnianych przez włoskiego sojusznika zobrazowań satelitarnych z konstelacji COSMO-SkyMed. Odbywa się to na podstawie porozumienia pomiędzy polskim MON a Ministerstwem Obrony Republiki Włoskiej.

Wiele natomiast wskazuje, że liczne obecne w Europie systemy obserwacji Ziemi mogą być w przyszłości konsolidowane w jedno złożone środowisko. „Nam w naszej firmie zależy, żeby stworzyć taki "Earth Observation Ecosystem" w Europie. Z takiego rozwiązania skorzystalibyśmy zarówno my, jak i wszyscy inni użytkownicy i gracze. Patrzymy na to w szerszym kontekście. Nie chodzi zawsze tylko o biznes, ale też o to, żeby rynek usług związanych z obserwacją Ziemi był na wysokim poziomie w Europie” – mówiła w wywiadzie dla Space24.pl Agnieszka Łukaszczyk z Planet.

Dobrze byłoby, żeby wchodząc do tego ekosystemu Starego Kontynentu Polska nie występowała w roli wiecznego petenta, lecz mogła zaoferować coś od siebie. Angażując się w rozbudowę i wdrożenie do działania konstelacji satelitów SAR, Warszawa zyskuje szansę, by na arenie międzynarodowej oferować innowacyjne i potencjalnie bardzo przydatne dla sojuszników rozwiązanie. Co więcej, tworzenie tego systemu będzie odbywać się przy znacznym zaangażowaniu rodzimych firm, walnie przyczyniając się do rozwoju polskiego sektora kosmicznego.

Artykuł powstał przy współpracy z ICEYE.

KomentarzeLiczba komentarzy: 7
PolExit
czwartek, 19 lipca 2018, 23:54

Pytanie nie brzmi czy tylko kiedy będą satelity + dlaczego ich jeszcze nie ma. Jeżeli Nas nie stać na duże (stać Polskę) to może zacząć od małych, w sumie to nawet i lepiej, bo trudniej zniszczyć 10 niż jeden. Problem w tym ze gdy mówi się o Polskich satelitach ułomne niedorozwoje od razy piszą o gwiezdnych wojnach i gwiazdach śmierci, gdy satelity ma już Angolą czy Peru

pozwolę sobie
czwartek, 19 lipca 2018, 23:43

Nie oszukujmy się, zapotrzebowanie ze strony rolnictwa jest wyłącznie potencjalne. Pewnie lobbują za tym głównie naukowcy z uczelni rolniczych, usilnie poszukujący ciekawych zajęć a zwłaszcza ich finansowania. Zarządzanie i monitorowanie ruchu pojazdów? Chyba jako uboczny efekt drogiej i licznej konstelacji satelitów wojskowych dużej rozdzielczości. Do zarządzania ruchem niezbędna jest aktualizacja sytuacyjna liczona w minutach, tak więc nadzór lotniczy jest bezkonkurencyjny, przy czym znacznie tańszy, nie wisi bez potrzeby na niebie kilkanaście lat, ma też bezkonkurencyjną rozdzielczość. Pozostaje aspekt wojskowy o którym trudno dyskutować mając tyle pieniędzy ile ma Polska. Niewątpliwie musimy rozwijać własne możliwości, choć zastanawiają mnie rozważania bez kontekstu NATO czy ESA. Podobnie zastanawia dlaczego taki Rafał Modrzewski czy Agnieszka Łukaszczyk wybrali \"tułaczkę\" na obczyźnie?

tik tak
czwartek, 19 lipca 2018, 20:32

A nawet jezeli bylby chetny do budowy kosmodromu w polsce to blokuje go ustawa odziedziczona po zwiazku radzieckim o zakazie robienia prob rakietowych powyzej kilkunastu metrow . Na dodatek stare wojskowe ubeki trzymaja reke na pulsie aby putina nie obrazic i jeszcze na dodatek maja sowite emerytury z monu . A jak wiadomo z 2 pkb na zbrojenia 1/3 idzie na emerytury ubekow ,a resza na obecne oplaty kadry synow ubekow z czego setne procenty ida tylko na modernizacje i jalmuzne zolnierza

Zoomer
czwartek, 19 lipca 2018, 16:43

Edek, Twoje pytanie nie jest niegrzeczne, a raczej rzeczowe, ale niestety retoryczne. Ponad 15 lat temu prowadzone były rozmowy z Izraelem w sprawie pozyskania narodowych zdolności w sprawie zobrazowania satelitarnego. Potem były Włochy :-( Przez cały ten okres czasu nikt z decydentów nie był na tyle odważny, aby podjąć jakąkolwiek decyzję. Oczywiście chodziło przede wszystkim o kwestie finansowe. Ale przecież przez ten okres czasu spokojnie sami moglibyśmy te zdolności pozyskać, a nawet sprzedawać swoje usługi naszym sąsiadom. Jest to doskonały przykład na to, jak negatywnie wstrzymywanie decyzji wpływa na rozwój całych sektorów bezpieczeństwa, gospodarki i nauki. A więc na pewno trzeba nam więcej odwagi, konsekwencji działań i samozaparcia. Tylko, że nikogo takiego nie ma...

Edek
środa, 18 lipca 2018, 23:04

A że tak niegrzecznie zapytam : ile juz lat w ncbir leży projekt budowy polskiego satelity ???