Hyperspektral avbildning for miljøovervåking

Ett av prestisjeprosjektene ved SmallSatLab de siste årene har vært å utvikle satellitter med såkalt hyperspektral avbildning for miljøovervåkning, henholdsvis HYPSO-1 og HYPSO-2. Førstnevnte ble skutt opp i januar 2022 og kan følges på denne siden: www.ntnu.edu/smallsat. HYPSO-2 fikk – etter noen ukers utsettelse – en vellykket oppskyting med en Falcon 9 rakett fra Vandenberg-basen i California, 16. august i år.

SmallSatLab

På NTNU møter vi forsker og leder for satellittene, Roger Birkeland, i sentrum for det hele – i selve laben som utgjør arbeidsområdet for studentene og stipendiatene som jobber med romfartsteknologi. Her har man alle fasiliteter og arbeidsplass for utvikling av bl.a. satellittsystemer. – Det siste året har vi hatt 5-6 stipendiater og 15-30 masterstudenter i sving her, i tillegg til 5 franske utvekslingsstudenter, forteller han.

Hyperspektralt

Nyttelasten i disse satellittene er som nevnt kameraer til hyperspektral avbildning. Mens et vanlig fargebilde er basert på 3 farger (RGB), kan et hyperspektralt bilde ha mer enn 100 fargekanaler. I praksis settes flere bilder sammen, slik at en «ramme» kan være 900 bilder lang. – Ved hjelp av hyperspektral avbildning kan en bedre se og måle algeoppblomstring i havet, utslipp fra elver, vannkvalitet i innsjøer og annen miljøinformasjon, forklarer Birkeland. Denne informasjonen kan igjen kombineres med data fra overflatefartøy og droner.

Mye data

Det sier seg selv at dette blir det store datamengder av, og i HYPSO-1 benyttet man en FPGA med ARM-prosessor (Xilinx Zynq) til bildekomprimering og klassifisering av bilder. Birkeland kan fortelle at man også har benyttet muligheter for teknikker som dynamisk eller partiell rekonfigurering og klassifisering i maskinvare for å gjøre prosessene hurtigere, og gjøre mest mulig «i kanten». Noen studenter har til og med fått prøvd arbeidet sitt i verdensrommet, på HYPSO-1 satellitten.

Bremset av komponentmangel

Således vil HYPSO-2 utgjøre en stor oppgradering når den en gang løftes mot stjernene. – Et problem under utviklingen av versjon 2 har vært de lange ledetidene på komponenter. Det har medført at vi har måttet bruke enkelte komponenter fra den første versjonen, for ikke å miste oppskytingsvinduet, medgir Birkeland, mens han viser frem en testmodell av satellitten, det man kaller en «flatsat» – en representasjon tilsvarende all elektronikken ombord.

Stor oppgradering

Her kan alle funksjoner og programvare testes før implementering i den ekte satellitten. Som i flightmodellen kan alt fjernstyres. Gjennom et nytt rammeverk som er utviklet, kan systemet, inkludert FPGAen, oppgraderes i rommet. En annen viktig oppgradering ombord i versjon 2 er programvaredefinert radio (SDR) – en slags «IoT» for kommunikasjon mellom satellitten og sensorer på bakken.

Satsing på romsektoren

Romindustrien i Norge gjør det bra, og mange ønsker en økt satsing på næringen, inkludert utdanningen.

– Mye har endret seg i romsektoren de senere årene. Romteknologi er blitt løftet frem, og kommet tettere på industrien. Samtidig ser flere nytteverdien i samarbeidet mellom universitetene og industrien – og det gjelder både store og små aktører, mener Roger Birkeland.

– En viktig faktor er også et økt fokus på egenevne i Europa og Norge. Det ser vi blant annet gjennom at Kongsberg-

gruppen nå vil bygge egne satellitter.

Også Forsvaret viser økt interesse i sektoren, fremholder Birkeland.

– Fremdeles har vi for få studenter innen romteknologi, men vi har i det minste hatt et godt tilsig siden 2017. Å finne norske kunder til stipendiater har også vist seg å være en utfordring, sier han. NTNU har riktignok ikke et eget «romstudie», bortsett fra romrelaterte program på Elektronikksystemer og Teknisk kybernetikk

Samarbeid

– Virksomheten her er basert på et utstrakt samarbeid mellom flere parter, understreker Birkeland. Blant annet gjennom et Gemini-senter for småsatellitter med NTNU, SINTEF og UiO. – Vi ønsker å samarbeide med flest mulig, legger han til.

Tverrfaglig og utfordrende

– Dette er tunge prosjekter som krever mye tid av studentene. Samtidig må de jobbe tverrfaglig, og med kolleger på ulike nivå, fra bachelor via master til stipendiater. Vi involverer flere institutter, inkludert kybernetikk, elektronikksystemer og maskin & produksjon, samt studenter fra IKT, design og marinteknikk, biologi og kjemi, fremholder Birkeland. – Det er utfordrende, men også spennende.