Proba-3 voor veiligere dubbele satellietbesturing
Het besturen van een enkele satelliet in een baan om de aarde is al moeilijk genoeg, maar het overzien van een paar satellieten die in een formatie om elkaar heen vliegen wordt waarschijnlijk een enorme uitdaging. Om het toezicht op de komende Proba-3 missie met twee satellieten van ESA te vereenvoudigen, zorgt het team ervoor dat de controleurs de relatieve posities van de satellieten in realtime kunnen visualiseren.
Het Proba-3-paar wordt in september samen gelanceerd en zal tot op de millimeter nauwkeurig ten opzichte van elkaar in een baan om de aarde vliegen. Hierdoor kan de ene een nauwkeurig gecontroleerde schaduw op de andere werpen, waardoor de vurige schijf van de zon wordt verduisterd en de zwakke corona eromheen zichtbaar wordt voor langdurige observatie.
“De Proba-3-satellieten zullen op deze manier tot zes uur per omloop autonoom in formatie blijven”, legt Damien Galano, ESA’s Proba-3 missiemanager, uit. “Maar op andere momenten tijdens elke zeer elliptische baan van 19 uur, waarin het paar van hun dichtstbijzijnde 600 km van de aarde helemaal naar honderd keer verder weg vliegt, zal actief menselijk toezicht inderdaad essentieel zijn.”
Access the video
“Toen we het initiële simulatiesysteem ontwikkelden, werd al snel duidelijk dat we niet gewoon konden vertrouwen op de cijfers die we zouden terugkrijgen van de telemetrie van de satellieten. Meestal krijg je de positie weergegeven in drie coördinaten, namelijk de X-, Y- en Z-as, maar het is onmogelijk voor het menselijk brein om dit snel genoeg te vertalen; we kunnen niet zomaar werken met een inkomende stroom aan getallen.
“Nog belangrijker voor het handhaven van de dubbele satellietbesturing is dat we precies moeten weten hoe de twee platforms op elkaar gericht zijn: wordt de schaduw bijvoorbeeld op de juiste plek geworpen, is de laser rechtstreeks gericht? De telemetrie kon ons uiteindelijk een paar grafieken geven die deze variabelen lieten zien, maar we realiseerden ons dat we een onmiddellijke momentopname nodig hadden die de dynamica en de baan van de satellieten schetste.”
Om de 2D- en 3D-visualisaties in realtime uit te voeren die het Proba-3-team nodig had, wendde het zich tot de VTS (Visualization Tool for Space data) freeware software die onder licentie is van het Franse ruimteagentschap CNES en ontwikkeld door het Spacebelbedrijf in België.
“VTS is eigenlijk geen visualisatietool op zich”, legt systeem- en software-ingenieur Esther Bastida Pertegaz van Proba-3 uit. “Het is een manier om meerdere toepassingen te centraliseren op een naadloze tijdsynchrone basis, inclusief visualisatiesoftware, met de freeware ruimtesimulator Celestia als basis.”
VTS wordt regelmatig bijgewerkt en is in het verleden gebruikt voor talloze Europese ruimtemissies. Het helpt meestal bij het plannen van complexe manoeuvres en het verwerven van beelden voor een bepaalde regio van de aarde of andere planetaire lichamen.
Esther legt uit: “Wat echt nieuw is voor Proba-3, is dat we een code hebben ontwikkeld die een real-time link legt tussen VTS en de inkomende telemetrie –nu nog van de simulator, maar uiteindelijk van de echte satellieten– zodat de operator met één blik een intuïtief gevoel krijgt van de twee satellieten.”
Het team is begonnen met het gebruik van VTS voor het testen van de missiesimulator van Proba-3. Als volgende stap zal het team binnenkort het gebruik ervan uitbreiden om te beginnen met het trainen van Proba-3 operators, die vanuit ESA’s Redu-centrum in België toezicht zullen houden op het satellietpaar. Als de missie eenmaal begint te vliegen, zal VTS ook in hun besturingsinfrastructuur worden geïntegreerd.
“De controleurs zullen niet continu toezicht houden op de satellieten,” voegt Esther toe. “Maar wanneer de satellieten bijvoorbeeld op perigeum zijn, of hun dichtste punt bij de aarde, zal VTS de telemetrie binnenkrijgen die hun omloopbaan schat tot op 60 530 km afstand, zodat de controleurs in één oogopslag kunnen zien of er een probleem is dat moet worden gecorrigeerd, bijvoorbeeld als de satellieten te dicht bij elkaar komen of te ver weg gaan.”
De eerste versie van VTS werd uitgebracht in 2007, maar heeft sindsdien regelmatig upgrades gekregen met gebundelde toepassingen, waaronder verschillende visualisatie- en plottingtools. Het is gebruikt bij veel grote ruimtemissies, waaronder de ATV ‘ruimtetrucks’ van ESA naar het Internationale ruimtestation, de komeetjager Rosetta en zijn Philae-lander, de Europese Copernicus Sentinel-3-aardobservatiemissie en de aanstaande Japans-Duitse Mars Moon Exploration-missie, die dient om de banen van Phobos en Deimos rond de Rode Planeet te visualiseren.
Een deel van de aantrekkingskracht van VTS is dat het volledig gescheiden in de computers van een operator kan worden geïnstalleerd, zodat het de gegevens van andere systemen kan lezen zonder het risico te lopen deze te verstoren als het fout zou gaan.
“VTS is veelzijdig en gebruiksvriendelijk en wordt gebruikt in tal van contexten, wat aantoont dat het geschikt is voor verschillende stadia en aspecten van ruimtemissies,” merkt Thomas Crosnier van CNES op. “Dit gaat van missieontwerp en simulaties voorafgaand aan projecten tot operationele missieplanning en vluchtdynamica rond de aarde en verder in het zonnestelsel. En naarmate ruimtemissies complexer worden, heeft VTS gelijke tred gehouden met extra mogelijkheden en functies. We zijn er trots op dat ESA’s Proba-3 de nieuwste ruimtemissie is die gebruik maakt van VTS.”
