Téma
Kód, který obíhá Zemi: Jak vznikal software družice KOSTKA
Českých družic, jimž se poštěstilo dostat se na oběžnou dráhu Země, není mnoho – konkrétně necelé dvě desítky. Jejich seznam se významně rozrostl v posledních letech, což dokládá aktuální kondici vesmírného výzkumu a vývoje v České republice. Nejnověji se na soupis dostal první čistě studentský projekt KOSTKA, za nímž stojí tým YSpace a jehož domovskou půdou je Vysoké učení technické v Brně.
Družice tvaru krychle o hraně 10 cm byla na oběžnou dráhu Země vynesena 7. července raketou Falcon 9 společnosti SpaceX. KOSTKA po vypuštění navázala spojení s povelovací a řídicí stanicí na střeše Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií VUT a nyní obíhá Zemi zhruba každých 95 minut. Studentský tým monitoruje stav družice, přijímá data z oběžné dráhy a řídí jednotlivé experimenty. KOSTKA měří rádiové rušení v pásmu UHF v oblasti svého doletu, vysílá rádiový maják, slouží jako digitální převaděč (digipeater) pro radioamatérskou komunitu a odesílá telemetrická data pozemním stanicím po celém světě.
Projekt představuje významný milník českých studentských kosmických aktivit. Projekt týmu YSpace odstartoval v roce 2023. Za tři roky dokázali členové a členky týmu vytvořit koncept, realizovat řadu experimentů, vyvinout a vyrobit většinu komponent, výsledek otestovat a připravit jej na podmínky oběžné dráhy. Nemálo práce bylo se zajištěním nezbytných administrativních a bezpečnostních podmínek startu. Vedle technologického přínosu umožňuje KOSTKA studentům získávat zkušenosti s vývojem kosmických systémů podle standardů evropského kosmického průmyslu a navazovat na programy Evropské kosmické agentury (ESA). Tým YSpace aktuálně připravuje další, ještě náročnější misi – družici CIMER s biologickým nákladem, kterou ESA vybrala do programu Fly Your Satellite! Design Booster 2.
KOSTKA je projektem mezifakultním a na jejím vývoji a realizaci má zásadní podíl také Fakulta informačních technologií VUT. S jistou mírou zjednodušení lze tvrdit, že vývoj softwarové stránky projektu jde za lidmi, kteří část života spojili právě s touto fakultou, a proto jsme si pozvali k rozhovoru inženýra Jiřího Veverku, který je vedoucím softwarového vývoje projektu a současně absolventem bakalářského studia na FIT VUT.
Jak jste se dostal ke kosmickému výzkumu a vývoji? Přece jen jde o specifickou oblast aplikace IT a pro řadu lidí taky o téma vzdálené, neuchopitelné.
Dost pragmaticky. Jednoho krásného dne jsem seděl v práci a vyskočila na mě reklama „Studuj space na VUT“. Byl jsem zrovna na konci bakaláře a uvažoval, kam dál, na co se specializovat. Zaujalo mě to. Od začátku mě na space výzkumu lákalo – a stále láká – že jde o komplexní obor. Od prvního momentu bylo hezky vidět, jak se v tomto oboru dá uplatnit to, co jsme se učili v bakaláři. Navíc člověk dostává trochu volnější ruku, podívá se více do elektroniky, na systémové inženýrství. Dnes mě velmi motivuje možnost věnovat se aplikovaným informačním technologiím, dostávat svou práci až na oběžnou dráhu. Řídím se heslem: Co je zajímavé, není lehké. Tento obor to splňuje stoprocentně.
Dá se space výzkum zjednodušeně označit za „sexy téma“ IT?
Ano, dá. Často se setkávám s tím, že IT odborníci by se mu chtěli věnovat, ale vlastně nemají úplně povědomí o tom, co oblast obnáší. A k tomu se často připojuje zjednodušená představa o mimořádné složitosti, velmi specifických požadavcích a postupech. Pravda je opak. Ve space výzkumu se používají standardní IT techniky a nástroje – návrhy komplexních systémů, databázové systémy, testovací nástroje, programování v real-time operačních systémech, síťové protokoly a tak dále. Samozřejmě oblast má svá specifika, ale netřeba se jich bát.
Když si laik představí vývoj satelitu, nejspíš vidí konstrukci, elektroniku, antény nebo solární panely. Jak velkou část fungování KOSTKY tvoří software? Co všechno by bez něj družice nedokázala?
Použiji přirovnání: Elektronika je oběhová soustava a srdce družice, software je pak mysl. Bez něj by družice neuměla automaticky zpracovávat podněty a reagovat na ně, nekomunikovala by. Prostě by nefungovala. Na KOSTCE řešíme softwarem komunikaci mezi částmi systému, pravidelné reportování nebo třeba situace, kdy družice musí sama zvládnout krizové momenty v okamžicích, kdy s námi není v kontaktu. Je toho spousta. A to ještě musíme přičíst pozemní segment, řídicí stanici a její fungování: Software ovládá anténu, ukládá příchozí data do databáze, řeší automatické příkazy družici…
Když se řekne „programovat pro oběžnou dráhu“: V čem je podobná práce jiná? V čem je programování zařízení, které pošlete šest set kilometrů nad Zemi, odlišné od vývoje běžného softwaru?
Asi každého napadne, že během fungování družice se člověk k zařízení prostě fyzicky nedostane. Žádného astronauta s tlačítkem restart nemáte po ruce. Buď se družice zrestartuje na povel, nebo autonomně v situaci, kdy do určité doby nedostaneme očekávanou odpověď. Taky existuje řada bezpečnostních standardů a požadavků aerospace průmyslu, které je třeba splnit. To je pro space vývoj typické.
Co považujete za největší výzvu softwarové stránky projektu, s níž jste se museli doposud vyrovnávat?
Zmíním hned dvě: individuální a týmovou. Ta první spočívala v tom, že jsem neměl zkušenosti s řízením technického, softwarového týmu. Velká výzva. Dokonce bych řekl, že jsme do toho v začátku šli s nadšením a současně takříkajíc „na punk“. V týmové rovině pak bylo složité nastavit vizi toho, co všechno by měl software umět, co od něj čekáme. Precizní definice podproblémů a podúkolů byla náročná a vyžádala si časté konzultace s odborníky nebo třeba s Evropskou kosmickou agenturou (ESA). Specifickou kapitolou jsou náročné a početné letecké standardy, kterým musíte dostát. Ruku v ruce s tím jde neustálé testování, které jsme se také museli naučit. A konečně zmíním i motivaci týmu v prostředí studentského projektu. Dnes jsem hrdý na to, že základem softwarového týmu YSpace je pevné jádro kluků převážně z FIT. Zmíním Lukáše Houzara, ať zazní aspoň jedno jméno za všechny.
Chápu správně, že KOSTKA je vlastně příprava na ještě ambicióznější projekt – CIMER?
Přesně tak. KOSTKA je prostě základ, na němž aktuálně stavíme další generaci našeho softwaru. KOSTKA nám dala strukturu, základní balíček nástrojů a postupů a my bychom jej rádi využili i pro družici CIMER. Její vývoj tak, předpokládám, o dost zkrátíme. Aktuální plán vyslání do vesmíru je rok 2028. Specifikem CIMERu bude biologický náklad, družice ponese v hermeticky uzavřeném kontejneru, zjednodušeně řečeno, vysušené řasy, které budou po rehydrataci na oběžné dráze předmětem testování. Konkrétně budeme zjišťovat, zda a případně do jaké míry jsou schopny produkovat kyslík. Možné praktické aplikace podobného výzkumu do budoucna se přímo nabízejí. Biologická složka projektu je v kompetenci kolegů z MENDELU.
KOSTKA i chystaný CIMER jsou otevřené projekty. Hledáte možné spolupracovníky třeba i mezi studenty a studentkami FIT?
Ano, určitě. V souvislosti s projekty KOSTKA i CIMER vzniklo už několik bakalářských a diplomových prací. A další budou vypsány. Kdokoliv má zájem o to, aby jeho část kódu nezůstala jenom v šuplíku, ale dostala příležitost objevit se rovnou na oběžné dráze, je vítán. Konkrétně hledáme šikovné lidi na komunikační protokoly, datové struktury, automatické protokoly, simulace, pozemní software, backend a nástroje pro řízení mise. Člověk k nám nemusí přijít s tím, že už umí vyvíjet družice. Potřebujeme dobré programátory, kteří se chtějí naučit vyvíjet embedded systémy, distribuované systémy, networking nebo třeba DevOps. Tu „kosmickou“ část se mohou naučit u nás. Navíc je možné začít na relativně běžném IT problému. Za mě a v úplné zkratce: V našich projektech se v podstatě dá využít všechno, co se lidé učí na bakaláři na FIT. Klíčové je nebát se složitosti tématu nebo časové náročnosti. Je to třeba vyzkoušet. Jak říkal jeden náš docent na FEKTu: Smyslem života není najít si něco jednoduchého, čeho brzy dosáhnu. Smyslem je mít komplexní výzvu, která mě bude bavit po zbytek života.
KOSTKU dnes můžeme prohlásit za úspěšný projekt. Na CIMERu se intenzivně pracuje. Jak vnímáte svou budoucnost ve space výzkumu? Máte nějaký velký profesní cíl?
Aktuálně mám ve firmě VZLU Aerospace na starosti vývoj řídicího softwaru pro palubní počítač na jednu z dalších misí. Současně dělám doktorát na VUT. A profesní sen? Třeba dostat se do ESA anebo některé z velkých nadnárodních společností, které dnes mají ve vesmírném vývoji velké možnosti. Preference se můžou měnit s tím, jak se mění životní situace. Ale z mého dnešního pohledu je třeba právě ESA profesní zlatý grál.
| Studentský tým YSpace se kromě vlastního vývoje satelitů věnuje také edukačním a popularizačním aktivitám. Každý rok pořádá například akci SpaceBeer, tedy sérii přednášek odborníků ze space praxe a výzkumu konaných v neformálním prostředí. Letošní ročník se připravuje, pro více informací sledujte jejich Instagram nebo webovou stránku YSpace. Pokud byste měli přímo zájem podílet se na vesmírném výzkumu, navštivte některou z akcí, které tým pořádá. |
Zdroj: Fakulta informačních technologií VUT
Student učí chodit šestinohého robota. Inspiraci hledá u brouků
Odstraníme nádor z mozku, epileptické záchvaty i třes rukou. Bez jediného řezu, tvrdí programátor Jiří Jaroš
Neměli jsme ani na rohlíky, dnes máme obrat v milionech, říká spoluzakladatel Smartsupp
Miliony cestovatelů si pohodlněji plánují dovolenou díky absolventovi VUT
Počítačové vidění může identifikovat člověka podle chůze