OPS-SAT

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

كان OPS-SAT قمرًا صناعيًا مكعبًا (CubeSat) تابعًا لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، ويهدف إلى إثبات التحسينات في قدرات التحكم بالمهام التي ستتحقق عندما تتمكن الأقمار الصناعية من حمل حواسيب داخلية أكثر قوة. وكان الهدف من المهمة كسر حلقة "لم يسبق له الطيران، ولن يطير أبدًا" في مجال التحكم بالأقمار الصناعية. وكان أول قمر صناعي مكعب تشغله وكالة الفضاء الأوروبية مباشرةً. [ 1 ]

كان القمر الصناعي مزودًا بحاسوب تجريبي يفوق قوة الحواسيب التقليدية الموجودة على متن مركبات وكالة الفضاء الأوروبية بعشرة أضعاف. وقد وفر هذا الحاسوب منصة تجريبية لتشغيل تجارب برمجية على متن المركبة. تمثلت إحدى الأفكار المبتكرة في نشر برمجيات فضائية على شكل تطبيقات. وقد أُتيح هذا المفهوم بفضل إطار عمل NanoSat MO (NMF)، مما سمح بتحميل التطبيقات إلى المركبة الفضائية وتشغيلها مباشرةً عليها. وقد أثبت هذا المفهوم الجديد نجاح وكالة الفضاء الأوروبية في تطبيقه في الفضاء. [ 6 ]

أُطلق القمر الصناعي OPS-SAT في تمام الساعة 08:54:20 بالتوقيت العالمي المنسق في 18 ديسمبر 2019، أي بعد أربع وعشرين ساعة بالضبط من الموعد المُخطط له أصلاً. وخرج القمر من مداره في 22 مايو 2024. [ 7 ] [ 8 ] وخلال هبوطه، تعاونت وكالة الفضاء الأوروبية مع هواة اللاسلكي لجمع أكبر قدر ممكن من البيانات، ورصدت تأثيرات مرور القمر الصناعي عبر الغلاف الجوي السفلي للأرض. [ 9 ]

الحمولة والاتصالات

وفر القمر الصناعي OPS-SAT بيئة اختبار مدارية لإجراء تجارب متنوعة لاختبار بروتوكولات وخوارزميات وتقنيات جديدة. صُمم القمر ليكون متيناً، بحيث لا توجد به نقطة فشل واحدة ، ما يضمن إمكانية استعادة المركبة الفضائية في حال حدوث أي خلل في إحدى التجارب البرمجية. وقد أتاحت متانة القمر الصناعي نفسه لفرق التحكم في رحلات وكالة الفضاء الأوروبية تحميل وتجربة برامج تحكم جديدة ومبتكرة مقدمة من الباحثين.

أجهزة حمولة OPS-SAT:

  • المنصة التجريبية: Critical Link MityARM 5CSX
  • نظام التحكم في الوصول الدقيق
  • نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
  • آلة تصوير
  • الراديو المعرف بالبرمجيات
  • جهاز استقبال بصري

روابط الاتصال بالأرض:

المنصة التجريبية

كانت المنصة التجريبية لمشروع OPS-SAT هي المكان الذي أُجريت فيه التجارب. احتوت على جهازي تحكم Critical Link MityARM 5CSX في وضع التكرار البارد (في حال تعطل أحدهما، يُستخدم الآخر). تضمنت هذه الأجهزة معالج ARM  Cortex-A9 ثنائي النواة بتردد 800 ميجاهرتز ، ووحدة FPGA من نوع Altera Cyclone V، وذاكرة وصول عشوائي DDR3 سعة 1 جيجابايت، ووحدة تخزين خارجية بسعة 8 جيجابايت. [ 10 ]

كان هدف وكالة الفضاء الأوروبية إزالة أكبر قدر ممكن من عوائق التجارب. فعلى سبيل المثال، كانت الإجراءات الورقية شبه معدومة، وتم تجهيز بنية مركز عمليات الفضاء الأوروبي (ESOC) لإجراء اختبارات آلية على التجارب، بهدف خفض التكاليف التشغيلية إلى أدنى حد ممكن. إضافةً إلى ذلك، كان من السهل تطوير التجارب على شكل تطبيقات باستخدام إطار عمل NanoSat MO.

الجوائز

في مارس 2023، حصل فريق التحكم في مهمة OPS-SAT على جائزة SpaceOps الدولية لعام 2023 للإنجاز المتميز. [ 11 ]

إنجازات برنامج OPS-SAT الأولى

حققت OPS-SAT العديد من الإنجازات الهامة في مجالات مختلفة. [ 12 ]

العمليات

  • أول مهمة فضائية مخصصة للتكنولوجيا التشغيلية. [ 6 ]
  • أول قمر صناعي نانوي مملوك ومدار مباشرة من قبل وكالة الفضاء الأوروبية. [ 6 ]
  • أول مختبر في المدار حيث يمكن للجمهور تحميل واختبار البرامج/البرامج الثابتة. [ 13 ]
  • أول مهمة لوكالة الفضاء الأوروبية يمكن التحكم بها مباشرة في الوقت الفعلي عبر الإنترنت من قبل الجمهور. [ 14 ]
  • تتمثل المهمة الأولى في توفير بيئة مدمجة (NMF) تسمح بسهولة تطوير التطبيقات لتحميلها وتشغيلها، على غرار مفهوم الهواتف الذكية الحديثة. [ 15 ]
  • أول مهمة لوكالة الفضاء الأوروبية لإعادة تكوين وحدة FPGA في المدار بشكل يومي. [ 12 ]
  • أول مهمة يتم قيادتها باستخدام نظام التحكم في المهام الأوروبي من الجيل التالي EGS-CC. [ 16 ]
  • أول عملية فك تشفير ومعالجة إشارات الطوارئ الأرضية في المدار. [ 17 ]
  • أول وصول من الأرض إلى الفضاء عبر واجهة برمجة التطبيقات (API) لتطبيق برمجيات كخدمة (SaaS) مستضاف في المدار. [ 18 ]

الذكاء الاصطناعي

  • أول نشر لشبكة عصبية في المدار للذكاء الاصطناعي على متن المركبة الفضائية. [ 19 ]
  • أول نظام تعلم آلي مدمج لتدريب النماذج الخاضعة للإشراف وغير الخاضعة للإشراف في المدار. [ 19 ]
  • أول نموذج ذكاء اصطناعي في المدار لتصوير الأشعة تحت الحمراء بالأشعة تحت الحمراء. [ 19 ]
  • أول معالجة أوروبية للصور باستخدام التعلم العميق باستخدام وحدة FPGA مدمجة. [ 20 ]
  • أول عملية إعادة تدريب لنموذج الذكاء الاصطناعي الموجود على متن الطائرة باستخدام بيانات حية أثناء الرحلة. [ 21 ]
  • أول تحديث على متن المركبة لشبكة عصبية اصطناعية في الفضاء في مهمة مؤسسية. [ 22 ]
  • أول نظام ذكاء اصطناعي توليدي مدمج (WGANs). [ 23 ] [ 24 ]
  • أول إعادة استخدام للشبكات العصبية المدربة مسبقًا والتي تم تطويرها في الأصل للتطبيقات الأرضية. [ 23 ]

البروتوكولات والمعايير

  • أول مهمة لوكالة الفضاء الأوروبية تستخدم بروتوكول تسليم ملفات CFDP (CCSDS) بشكل عملي. [ 25 ]
  • أول مهمة لوكالة الفضاء الأوروبية تستخدم خدمات عمليات مهمة CCSDS (MO) على متن المركبة الفضائية، وعلى وصلة الفضاء بالأرض، وعلى الأرض. [ 25 ]
  • أول تطبيق في المدار لبروتوكول Spacewire فوق اتصال LVDS موجود. [ 12 ]
  • أول مهمة لاستخدام معيار ضغط بيانات الصيانة CCSDS 124.0-B-1 (المستند إلى POCKET+) على OPS-SAT-1. [ 26 ]

الأمن السيبراني

  • تم إثبات أول حل تشفير KEM-TLS بعد عصر الحوسبة الكمومية في الفضاء. [ 27 ]
  • أول منصة بحثية مدارية للأمن السيبراني الفضائي. [ 28 ]

جدير بالذكر

  • أول صفقة في سوق الأسهم تتم بنجاح في الفضاء. [ 29 ]
  • أول مباراة شطرنج في المدار. [ 30 ]
  • أول قمر صناعي يُشغّل لعبة الفيديو DOOM في الفضاء. [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]

إطار عمل نانوسات MO (NMF)

كان المفهوم الأكثر ابتكارًا في مشروع OPS-SAT هو نشر برمجيات الفضاء على شكل تطبيقات. وقد قامت وكالة الفضاء الأوروبية بالتعاون مع جامعة غراتس للتكنولوجيا بدراسة وتطوير إطار عمل NanoSat MO - وهو برنامج مفتوح المصدر . [ 34 ] 

إطار عمل NanoSat MO (NMF) هو إطار برمجي للأقمار النانوية يعتمد على خدمات عمليات مهمة CCSDS. يتضمن هذا الإطار حزمة تطوير برمجية (SDK) لتطوير التجارب كتطبيقات NMF، والتي يمكن تثبيتها وتشغيلها وإيقافها في الفضاء. كما يتضمن الإطار إمكانيات مراقبة وتحكم للتطبيقات، مما يسمح للمُجرِّبين من الأرض بالتحكم في برامجهم أثناء تشغيلها في الفضاء. [ 35 ]

تأتي صورة نظام OPS-SAT مزودة بإطار عمل NanoSat MO الذي يتفاعل مع جميع أنظمة حمولة OPS-SAT، ويُقدمها على شكل خدمات لتطبيق المُجرِّب. يُتيح إطار عمل NanoSat MO دمجًا سهلًا للمكتبات والتطبيقات الأخرى. أثناء تطوير التجارب، يُمكن استخدام حزمة تطوير البرمجيات NMF SDK، والتي تتضمن مُحاكيًا يُوفر مُعظم وظائف المنصة للمُجرِّب. يُتيح المُحاكي للمطورين إنشاء تطبيقات NMF الخاصة بهم دون الحاجة إلى الوصول إلى منصة اختبار أقمار صناعية مُتقدمة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 "OPS-SAT" . وكالة الفضاء الأوروبية . 27 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه في 19 سبتمبر 2017 .
  2. ↑ مهمة CHEOPS لاستكشاف الكواكب الخارجية تحقق إنجازات رئيسية في طريقها للإطلاق في عام 2017. وكالة الفضاء الأوروبية ، 11 يوليو 2014
  3. ↑ وصل تشيوبس إلى كورو. باربرا فوناربورغ. ١٦ أكتوبر ٢٠١٩
  4. ↑ "سيُطلق مسبار CHEOPS على متن صاروخ سويوز" . cheops.unibe.ch . 6 أبريل 2017. مؤرشف من الأصل في 17 سبتمبر 2017. تم الاطلاع عليه في 19 سبتمبر 2017 .
  5. ↑ تشيوبس - حالة المهمة وملخصها
  6. 1 2 3 إيفانز، ديفيد؛ لابريش، جورج؛ ملادينوف، توم؛ مارشك، دومينيك؛ زيلينيفسكي، فلاديمير؛ شيرادونكار، فاسوندهارا (2022). OPS-SAT LEOP والتشغيل: إدارة مشروع قمر صناعي نانوي في سياق وكالة فضاء . مؤتمر الأقمار الصناعية الصغيرة. جامعة ولاية يوتا، لوغان، يوتا . تم الاسترجاع في 21 يناير 2024 .
  7. ↑ «احتراق القمر الصناعي النمساوي المصغر OPS-SAT بعد مهمة ناجحة» (بيان صحفي). جامعة غراتس للتكنولوجيا. 23 مايو 2024. تاريخ الاطلاع: 3 فبراير 2026 .
  8. ↑ وكالة الفضاء الأوروبية للعمليات [@esaoperations] (23 مايو 2024). "اكتمل إخراج القمر الصناعي OPS-SAT من مداره. تم استلام بيانات القياس عن بُعد النهائية في تمام الساعة 21:30 بالتوقيت العالمي المنسق، يوم 22 مايو، أثناء مرور القمر الصناعي فوق أستراليا. شكرًا لكم على مساعدتنا في جمع البيانات خلال مداراته الأخيرة. يجري الآن تحليلها، ولكنها تبدو واعدة للغاية" ( تغريدة ) - عبر X (تويتر سابقًا) .
  9. ↑ "عودة القمر الصناعي OPS-SAT غدًا: تابع البث المباشر!" . وكالة الفضاء الأوروبية. 21 مايو 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 مايو 2024 .
  10. ↑ "ESAW 2017" (ملف PDF) . وكالة الفضاء الأوروبية . 20 يونيو 2017. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 23 ديسمبر 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 ديسمبر 2017 .
  11. ↑ "مختبر OPS-SAT الطائر يفوز بجائزة SpaceOps الدولية لعام 2023" . وكالة الفضاء الأوروبية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2024 .
  12. 1 2 3 "إنجازات مهمة في نظام OPS-SAT" . المركز الأوروبي لعمليات الفضاء . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2024 .
  13. ↑ "كيفية أن تصبح مُجرِّباً على متن القمر الصناعي OPS-SAT" . وكالة الفضاء الأوروبية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2024 .
  14. ↑ "OPS-SAT - فتح قمر صناعي للإنترنت" (ملف PDF) . وكالة الفضاء الأوروبية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2024 .
  15. ^ كويلو، سيزار. كوديلكا، أوتو؛ ميري، ماريو (2017). “إطار عمل NanoSat MO: عندما يتحول OBSW إلى تطبيقات”. مؤتمر IEEE للفضاء 2017 . الصفحات من 1 إلى 8. دوى : 10.1109/AERO.2017.7943951 . 
  16. ↑ "أول اختبار لعقل الفضاء الأوروبي الجديد" . وكالة الفضاء الأوروبية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2024 .
  17. ↑ ملادينوف، توم؛ إيفانز، ديفيد؛ زيلينيفسكي، فلاديمير (2022). "تنفيذ جهاز استقبال للبحث والإنقاذ قائم على راديو GNU في مختبر الفضاء OPS-SAT التابع لوكالة الفضاء الأوروبية" . مجلة أنظمة الفضاء والإلكترونيات IEEE . 37 (5): 4-12 . doi : 10.1109/AESM.2022.9684957 (غير نشط في 12 يوليو 2025) . تم الاسترجاع في 21 يناير 2024 .{{cite journal}}: صيانة CS1: رقم التعريف الرقمي غير نشط اعتبارًا من يوليو 2025 ( رابط )
  18. ↑ لابريش، جورج؛ ألفاريز، سيزار غوزمان (2023). SaaSyML: البرمجيات كخدمة للتعلم الآلي على متن المركبة الفضائية OPS-SAT . مؤتمر IEEE للفضاء الجوي 2023. الصفحات 1-9 . doi : 10.1109/AERO55745.2023.10115531 . 
  19. 1 2 3 لابريش، جورج؛ إيفانز، ديفيد؛ مارشك، دومينيك؛ ملادينوف، توم؛ شيرادونكار، فاسوندهارا؛ سوتو، تانغي؛ زيلينيفسكي، فلاديمير (2022). "استقلالية مركبة OPS-SAT الفضائية باستخدام TensorFlow Lite، والتعلم غير الخاضع للإشراف، والتعلم الآلي عبر الإنترنت". مؤتمر IEEE للفضاء الجوي 2022 (AERO) . الصفحات 1-17 . doi : 10.1109/AERO53065.2022.9843402 . 
  20. ↑ لومير، إدغار؛ موريتي، ماثيو؛ دانيال، ليونيل؛ ميراموند، بينوا؛ ميليه، فيليب؛ فيريسين، فريدريك؛ بيلافارن، سيباستيان (2020). "مُسرِّع شبكة عصبية هجين قائم على FPGA لتصنيف صور الأقمار الصناعية المُضمَّنة". ندوة IEEE الدولية للدوائر والأنظمة (ISCAS) لعام 2020. الصفحات 1-5 . doi : 10.1109/ISCAS45731.2020.9180625 . 
  21. ↑ كاكر، شريام؛ ميريديث، أليكس؛ كاهوي، كيري؛ لابريش، جورج (2022). خوارزميات معالجة الصور باستخدام التعلم الآلي على متن القمر الصناعي OPS-SAT . مؤتمر الأقمار الصناعية الصغيرة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2024 .
  22. ↑ "أول تحديث على متن شبكة عصبية اصطناعية في الفضاء ضمن مهمة مؤسسية" . معهد سانت إكزوبيري لأبحاث الراديو . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2024 .
  23. 1 2 لابريش، جورج؛ غوزمان، سيزار؛ بامنز، سام (2024). "الذكاء الاصطناعي التوليدي... في الفضاء! الشبكات التنافسية لإزالة التشويش من الصور على متن المركبة الفضائية OPS-SAT-1". مؤتمر IEEE للفضاء الجوي 2024. الصفحات 1-17 . doi : 10.1109/AERO58975.2024.10521090 . ISBN  979-8-3503-0462-6.
  24. ↑ لابريش، جورج. "الذكاء الاصطناعي التوليدي والمشفرات التلقائية لإزالة التشويش من الصور على متن المركبة الفضائية OPS-SAT-1 التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية" . جيت هاب . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2024 .
  25. 1 2 مارشك، دومينيك؛ إيفانز، ديفيد؛ ملادينوف، توم؛ لابريش، جورج؛ زيلينيفسكي، فلاديمير؛ شيرادونكار، فاسوندهارا (2022). خدمات MO وCFDP قيد التنفيذ على OPS-SAT . مؤتمر الأقمار الصناعية الصغيرة . تم الاسترجاع في 21 يناير 2024 .
  26. ↑ إيفانز، ديفيد؛ لابريش، جورج؛ مارش، دومينيك؛ بامنس، سام؛ هيرنانديز-كابرونيرو، ميغيل؛ زيلينيفسكي، فلاديمير؛ شيرادونكار، فاسوندهارا؛ ستارسيك، ميلينكو؛ هينكل، ماكسيميليان (2022). تطبيق معيار ضغط بيانات الصيانة الجديد CCSDS 124.0-B-1 (المستند إلى POCKET+) على القمر الصناعي OPS-SAT-1 . مؤتمر الأقمار الصناعية الصغيرة . تاريخ الاسترجاع: 21 يناير 2024 .
  27. ↑ تيرزو، نعومي (2023). تصميم وعرض تجريبي في المدار لحل تشفير ما بعد الكم قائم على KEMTLS-PDK لتعزيز أمن الاتصالات عبر الأقمار الصناعية (رسالة ماجستير). جامعة تورينو التقنية . تاريخ الاسترجاع: 21 يناير 2024 .
  28. ↑ كالابريس، ماتيو؛ كافالييراتوس، جورجيوس؛ فالكو، غريغوري. هجوم إلكتروني باستخدام حمولة مستضافة ضد الأقمار الصناعية . منتدى AIAA SCITECH 2024. doi : 10.2514/6.2024-0270 . تاريخ الاسترجاع: 21 يناير 2024 .
  29. ↑ "التجارة في الفضاء: وكالة الفضاء الأوروبية تعزز الأعمال التجارية الأوروبية" . مركز عمليات الفضاء الأوروبي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2024 .
  30. ↑ "أول مباراة شطرنج في المدار" . Chess-OPS . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2024 .
  31. ↑ واج، أولافور. "أوبس-سات دووم" . جيثب . تم الاسترجاع في 21 يناير 2024 .
  32. ↑ واج، أولافور (29 مارس 2024). "تشغيل لعبة DOOM على قمر OPS-SAT التابع لوكالة الفضاء الأوروبية" . يوتيوب . تم الاطلاع عليه في 30 نوفمبر 2024 .
  33. ↑ ريك لين (22 أبريل 2024). "لعبة دوم تُشغّل في الفضاء بواسطة حاسوب قمر صناعي "أقوى بعشر مرات من أي مركبة فضائية تابعة لوكالة الفضاء الأوروبية حاليًا"" . PC Gamer . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 نوفمبر 2024 .
  34. ^ "إطار عمل NanoSat MO" . تم الاسترجاع في 19 ديسمبر 2017 .
  35. ↑ كويلو، سيزار؛ كوديلكا، أوتو؛ ميري، ماريو (2017). "إطار عمل NanoSat MO: عندما تتحول OBSW إلى تطبيقات". مؤتمر IEEE للفضاء الجوي 2017. الصفحات 1-8 . doi : 10.1109/AERO.2017.7943951 . ISBN  978-1-5090-1613-6. S2CID 9033794 .