Víme na vteřiny přesně, co se bude dít

Víme na vteřiny přesně, co se bude dít

Informatika / rozhovor / článek

Je sedmého března 2017 01:49 GMT a z kosmodromu v Kourou ve Francouzské Guyaně právě startuje nosná raketa Vega. Na oběžnou dráhu má vynést Sentinel-2B, družici, která patří Evropské kosmické agentuře (ESA). O 57 minut a 57 sekund později je satelit na místě a odpojuje se od nejvyššího stupně nosné rakety.

Ukládání satelitu Sentinel-2B do rakety (foto: ESA)
Ukládání satelitu Sentinel-2B do rakety (foto: ESA)

Experti v řídicím středisku ESOC (European Space Operations Centre) zachycují první signály – jednu kritickou fázi mají za sebou, ta druhá je ale teprve čeká. Tři dny teď budou družici nepřetržitě sledovat. „Tak dlouho trvá, než se aktivují všechny systémy a satelit přejde do více méně rutinního provozu,“ říká Marek Procházka, absolvent Matfyzu, který má na starosti letový software mise Sentinel-2.

Marek Procházka vystudoval na Matfyzu informatiku a v roce 2009 se stal oficiálně prvním Čechem zaměstnaným v ESA. V Evropské kosmické agentuře, jejímž členem je Česká republika od prosince roku 2008, vyvíjí software pro družice. „Letový software je dnes naprosto nepostradatelnou součástí každé mise. Počítač, a tedy software, v podstatě řídí veškerý chod satelitu. Řídí polohu a orientaci satelitu, monitoruje stav všech přístrojů, reguluje teplotu a řídí distribuci elektrické energie. Taky zajišťuje komunikaci s řídicím střediskem, které družici zasílá příkazy. A samozřejmě získává data z přístrojů a ty posílá centrálnímu počítači na Zem,“ upřesňuje Procházka.

Měli jsme problém

Jako softwarový expert se Marek Procházka v současnosti podílí na přípravě mise BepiColombo k Merkuru a družice EarthCARE, která bude pomocí laseru monitorovat mraky a měřit množství slunečního záření odraženého od Země. V prvních měsících letošního roku ho však nejvíce zaměstnávaly finální přípravy družice Sentinel-2B.

Letový software se musí detailně testovat, očekává se totiž od něj absolutní spolehlivost.

Jejímu vypuštění předcházely týdny náročného výcviku, při kterém se jednotlivé expertní týmy připravovaly na start a všechny kritické fáze, které následují po odpojení satelitu od třetího stupně nosné rakety. „Prakticky takový výcvik vypadá tak, že všichni experti sedí na svých pozicích, na obrazovky dostávají data identická s těmi během opravdového letu a nepřetržitě komunikují pomocí vysílaček. Simuluje se start a nacvičují reakce na konkrétní situace, které mohou nastat, ať už jde třeba o chybnou funkci satelitu, výpadek v komunikaci, poruchu pozemních počítačových systémů anebo třeba o náhlou indispozici klíčových osob,“ říká Procházka.

Neočekávaný problém nastal před třemi lety u Sentinelu-1A, kdy hrozilo, že se satelit srazí s kosmickým smetím. „Desítky expertů si tehdy prožily velmi perných 24 hodin, protože musely v kritické fázi těsně po startu, tedy v době, kdy satelit ještě nemá zprovozněny všechny vitální funkce, zajistit úhybný manévr,“ vzpomíná Procházka a přiznává, že i takové scénáře mu běžely hlavou, když letos startoval Sentinel-2B. „Díky simulační kampani jsem ale věděl, že jsme dobře připraveni a že pokud se nestane něco naprosto neočekávaného, víme doslova na vteřiny přesně, co se bude dít a co máme dělat,“ dodává.

Středisko, odkud jsou řízeny kosmické lety ESA a kde se nacvičují starty, se nachází v německém Darmstadtu a podobá se tomu, které znají fanoušci filmu Apollo 13. „V čele hlavní místnosti, kde sedí řídicí tým, je několik obrovských obrazovek, na kterých se zobrazují klíčové údaje o pozici satelitu a plán na příští ˌkontaktˈ – dobu, během které bude satelit přelétávat v oblasti viditelné z pozemních antén a bude možné mu vysílat příkazy a přijímat údaje o jeho stavu,“ vysvětluje Procházka. Na dalších velkých obrazovkách jsou například údaje o všech pozemních stanicích, teplotě, stavu baterie nebo o přesné poloze satelitu. „Celkem je takových údajů v případě Sentinelu-2 zhruba 20 tisíc,“ dodává. V místnosti je několik klíčových osob jako Flight Control Manager a operátoři specializovaní na jednotlivé oblasti včetně letového softwaru. Všichni jsou pomocí hlasového spojení v nepřetržitém kontaktu s ostatními týmy a s experty, kteří se podíleli na vývoji satelitu a znají ho doslova do posledního šroubku.

Start rakety Vega 7. března 2017 (foto: ESA)

Země ve vysokém rozlišení

Celá úvodní fáze aktivace všech systémů trvá u Sentinelu-2 tři dny. Tato fáze se jmenuje LEOP neboli Launch and Early Orbit Phase. „První radostí je, když se vydaří start a nosná raketa bezchybně pracuje. Druhá radostná chvíle přichází, když se satelit odpojí od nosné rakety a my zachytíme jeho signál. Tehdy ovšem začíná i další kritický moment, kdy musí družice automaticky zaměřit Zemi, stabilizovat se, a kdy automatická sekvence otevře solární panel, takže se začne dobíjet baterie. Jakmile skončí tato fáze a solární panel rotuje podle úhlu slunečních paprsků, jsme klidnější, protože se dobíjí baterie a my bychom měli více času na odstranění případné poruchy,“ odpovídá Procházka na otázku, kdy si může poprvé oddechnout. Takříkajíc splněno má v okamžiku, kdy je ohlášen konec fáze LEOP. Do té doby všichni experti včetně něj sledují a řídí satelit nepřetržitě ve dvanáctihodinových směnách.

Satelit, který od března létá na oběžné dráze, je už pátým přírůstkem do rodiny Sentinelů. V tandemu se svým dvojčetem, Sentinelem-2A, který byl vypuštěn před dvěma lety, má za úkol monitorovat zemský povrch a pořizovat jeho barevné snímky. „Družice budou oblétávat Zemi a díky poloze na protilehlých oběžnicích ji každých pět dní kompletně zmapují. Mají mimořádně kvalitní snímkovací aparaturu, která pracuje s 13 pásmy spektra včetně viditelného a téměř infračerveného (VNIR) až krátkovlnného infračerveného (SWIR),“ uvádí Procházka.

Sentinel-2 letí rychlostí cca 7 km/s a pořizuje snímky Země ze vzdálenosti 780 km s přesností až 10 m.

Snímky, které jsou dostupné také přes službu Google Earth, mají šířku záběru až 290 kilometrů a uplatňují se v mnoha oborech. Zemědělci s jejich pomocí mohou předvídat úrodu, lesníci sledovat změny v zalesněnosti velkých území, záchranářům se hodí při povodních nebo sesuvech půdy. „Díky monitorování z vesmíru se naše znalosti o Zemi zmnohonásobily. Data, která dosud přinesl Sentinel-2A, jednak pomáhají vnášet světlo na globální problémy, jako je změna klimatu, jednak dávají množství aplikací, které pomáhají konkrétním uživatelům. Pomocí speciálního softwaru je například možné ze snímku získat index chlorofylu v listech či určit plochu listu na m2. V Německu jsem se setkal s tím, že podle těchto údajů s pomocí inteligentních traktorů vybavených GPS regulují hnojení,“ dodává softwarový inženýr, který svou profesní kariéru zahájil v devadesátých letech ve společnosti SciSys.

Od mzdového účetnictví k vesmírnému softwaru

V době studií začaly Marka Procházku zajímat systémy řízení v reálném čase. „V polovině devadesátých let, kdy jsem dokončoval magisterské studium na Matfyzu, byly hitem klasické informační technologie, počítače se postupně zaváděly do podniků a do běžného života. Tahle oblast mě ale zrovna moc nebavila. Po krátké zkušenosti s programováním mzdového účetnictví jsem se dostal k systémům řízení v reálném čase, což mi přišlo daleko zajímavější. Začal jsem pracovat pro pražskou pobočku firmy SciSys, která vyvíjela software pro ESA nebo třeba řídicí software dvoumetrového teleskopu v Astronomickém ústavu AV ČR v Ondřejově,“ říká absolvent Matfyzu a doktorského studia na univerzitě ve francouzském Évry.

Vesmír mě fascinoval od dětství, ale že se budu jednou zabývat kosmickou problematikou také v rámci profese, mě tehdy ani nenapadlo.

Po studiích krátce působil ve francouzském Národním ústavu pro výzkum informatiky a řízení (INRIA) a pak se na rok přesunul na americkou Purdue University. Tam pracoval na projektu pro agenturu DARPA, která v minulosti financovala například vývoj počítačové sítě ARPANet. „Úkolem bylo vyvinout systém pro komunikaci v reálném čase s bezpilotními letadly při vyhledávání a sledování potenciálních vojenských cílů. Bylo to dva roky po útoku na manhattanská dvojčata a tento program byl financování americkou armádou jako součást boje proti terorismu,“ upřesňuje Procházka a dodává, že odtud byl už jen krůček k tomu, aby se vrátil zpět do Evropy k projektům souvisejícím s vesmírem – nejdříve do SciSys v Bristolu a nakonec přímo do vývojového střediska pro satelitní technologie (European Space Research and Technology Centre) v ESA.

Vesmírné projekty vyžadují spolupráci špičkových odborníků z různých oborů, vedle astrofyziků jsou potřeba odborníci na mechaniku, optiku, materiály, raketové pohony, elektroniku, radiové komunikace, záření všeho druhu, lasery a mnoho dalších oblastí. „Víte, jak těžko se pořizuje fotka třeba z deseti metrů, a teď si představte, že Sentinel-2 letí rychlostí cca 7 km/s a pořizuje snímky Země ze vzdálenosti 780 km s přesností až 10 m. Taky pomocí laseru přenáší data na družici, která se nachází na geostacionárním orbitu 36 tisíc km od Země. Na vzdálenost desítek tisíc kilometrů je schopen zaměřit anténu o velikosti většího talíře. To všechno vyžaduje spoustu zařízení a algoritmů,“ upřesňuje Procházka.

Jako softwarový inženýr se Marek Procházka v ESA nezabývá pouze softwarem, ale musí se orientovat také v tom, jak satelit celkově funguje, i v dalších souvisejících oblastech. „Jsem rád, že mohu pracovat mezi tolika talentovanými lidmi a zažít tuto velmi úspěšnou evropskou spolupráci v praxi. I po osmi letech jsem hrdý na to, že pro ESA pracuji,“ konstatuje na závěr.


Mohlo by vás také zajímat:

Asteroids@home: Planetky v osobních počítačích

Tento článek jsme automaticky naimportovali z předchozího redakčního systému. Pokud se v něm něco pokazilo, dejte nám prosím vědět.