Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) uruchomiła strategiczną inicjatywę mającą na celu redefinicję przyszłości obliczeń kosmicznych, w obliczu wyzwania, jakim jest przetwarzanie ogromnych ilości danych generowanych przez satelity obserwacji Ziemi. Istniejące architektury obliczeniowe coraz trudniej nadążają za wykładniczym wzrostem informacji, co spowalnia ich analizę i zastosowanie. Aby przezwyciężyć te ograniczenia i przekształcić obserwację Ziemi w konkretne działania, ESA poszukuje rewolucyjnych koncepcji misji opartych na przełomowych paradygmatach obliczeniowych. To poszukiwanie innowacji obejmuje również rozwój zaawansowanych technologii sensorowych, które mogłyby przynieść zupełnie nowe możliwości satelitom na orbicie Ziemi lub znacząco poprawić wydajność istniejących misji.

To ambitne przedsięwzięcie jest zgodne z długoterminowymi dokumentami strategicznymi agencji, Technology Vision 2040 i Strategy 2040, które stanowią podstawę dla rozwoju technologii i misji ukierunkowanych na szybkie i skuteczne reagowanie na zmiany klimatu, klęski żywiołowe i presję na zasoby naturalne. Satelity obserwacji Ziemi (EO) odgrywają kluczową rolę w osiąganiu tych celów, dostarczając kluczowych danych do zrozumienia złożonych procesów na naszej planecie. Jednak ich skuteczność jest obecnie ograniczona przez szybkość przetwarzania, zużycie energii i poziom autonomii.

Świt nowej ery w obliczeniach kosmicznych

Sztuczna inteligencja (AI) i nowe paradygmaty obliczeniowe, takie jak obliczenia kwantowe, fotoniczne i neuromorficzne, posiadają ogromny potencjał do transformacji zastosowań kosmicznych. Ich zastosowanie może radykalnie zwiększyć autonomię misji i umożliwić podejmowanie decyzji w czasie rzeczywistym bez potrzeby interwencji człowieka. Aby zapewnić wiodącą pozycję Europy w dziedzinie zrównoważonego rozwoju i teledetekcji, ESA uruchomiła nowe wyzwanie SysNova pod nazwą "Innowacyjne koncepcje misji umożliwione przez przełomowe paradygmaty obliczeniowe".

"Żyjemy w niezwykle ekscytującym momencie historycznym, u progu nowej rewolucji przemysłowej, w której sztuczna inteligencja staje się zdolna do rozwiązywania złożonych problemów wymagających rozumowania", podkreśla Iga Szczesniak, inżynier innowacji kosmicznych i jedna z liderek tej kampanii w ESA. "Uruchomienie tej kampanii teraz kładzie podwaliny pod następną generację europejskich misji kosmicznych, umożliwiając im działanie w sposób bardziej autonomiczny i dostarczanie kluczowych danych przy mniejszym uzależnieniu od interwencji człowieka."

Budowanie na fundamentach poprzednich sukcesów

To zaproszenie nie jest krokiem w nieznane, lecz opiera się na szeregu udanych przeszłych i obecnych inicjatyw w ramach ESA. Poprzez misje takie jak pionierski Φ-sat (Phi-sat), wszechstronny OPS-SAT oraz inicjatywy takie jak 3CS (Cognitive Cloud Computing in Space), agencja już badała korzyści płynące z integracji inteligencji bezpośrednio na orbicie. Φ-sat-1, wystrzelony w 2020 roku, stał się pierwszą europejską misją, która z powodzeniem zademonstrowała zastosowanie sztucznej inteligencji w kosmosie. Jego procesor neuromorficzny umożliwił autonomiczne filtrowanie i odrzucanie obrazów pokrytych chmurami, zmniejszając ilość bezużytecznych danych wysyłanych na Ziemię o prawie 70%. Uwolniło to cenne pasmo komunikacyjne i przyspieszyło dostarczanie istotnych danych naukowcom.

Z drugiej strony, OPS-SAT, znany jako "latające laboratorium oprogramowania", pozwolił ekspertom testować nowe i zaawansowane narzędzia programowe do zarządzania misjami bezpośrednio w kosmosie, co jest działalnością o wysokim ryzyku. Ta platforma, wyposażona w znacznie potężniejszy procesor niż większość satelitów operacyjnych, stała się kluczowa dla walidacji nowych koncepcji autonomii. Równolegle, przełomowe paradygmaty, takie jak obliczenia kwantowe i neuromorficzne, pokazały potencjał do efektywniejszego przetwarzania ogromnych ilości danych. "Jednak do tej pory niewielu badało, w jaki sposób te technologie mogłyby zredefiniować całe misje. Nadszedł czas, aby zrobić ten kolejny krok", wyjaśnia Gabriele Meoni, oficer ds. innowacji w ESA i drugi lider kampanii.

Niniejsze zaproszenie do składania propozycji misji ma na celu budowanie europejskich zdolności do misji nowej generacji, które mogą przetwarzać złożone dane i funkcjonować z większą autonomią, wydajnością i inteligencją. Wzmacnia to pozycję Europy jako globalnego lidera w zrównoważonym rozwoju i teledetekcji, zapewniając, że dane napływające z kosmosu będą przetwarzane na czas i dostępne dla społeczności naukowej oraz decydentów, w tym ekspertów w centrum obserwacji Ziemi ESA, zlokalizowanym we włoskim mieście Frascati.

Poszukiwanie przełomowych i wizjonerskich pomysłów

ESA aktywnie poszukuje koncepcji o wysokim ryzyku, ale i wysokim potencjalnym zysku, opartych na technologiach, które mają stać się dostępne w ciągu najbliższych 10 do 15 lat. "Naszym celem jest stymulowanie innowacyjnych studiów systemowych i architektur misji, które umożliwiają nowe zastosowania, poprawiają kompromisy w projektowaniu misji lub rozwiązują istniejące wąskie gardła. Jeśli prowadzisz przełomowe badania na styku informatyki i kosmosu, chcielibyśmy usłyszeć Twoją perspektywę na to, jak lepiej połączyć te dziedziny w kontekście jednej misji", dodaje Iga Szczesniak.

Zaproszenie jest realizowane za pośrednictwem platformy SysNova, mechanizmu oceny technologicznej ESA, który wspiera wspólne badania prowadzone przez środowisko akademickie i przemysł. "Chcemy zachęcać do pomysłów, które mogłyby przynieść transformacyjne korzyści dla obecnych misji lub umożliwić zupełnie nowe zastosowania w obserwacji Ziemi i poza nią, z ambicją przełożenia tych koncepcji na demonstracje na orbicie w ciągu najbliższych kilku lat", dodaje Gabriele Meoni.

Głównym celem wyzwania jest obserwacja Ziemi, ale rozważane będą również misje ukierunkowane na bezpieczną komunikację satelitarną, ulepszoną łączność i inne krytyczne operacje. Wyzwanie jest skierowane wyłącznie na zastosowania w segmencie "upstream", czyli na poziomie platformy lub ładunku na samym statku kosmicznym. Pomysły na aplikacje na poziomie segmentu naziemnego mogą być brane pod uwagę tylko wtedy, gdy oferują udowodnione i znaczące ulepszenia dla całej koncepcji misji.

Jak wziąć udział i czego mogą spodziewać się zwycięzcy

Zespoły mogą składać swoje propozycje misji za pośrednictwem platformy Open Space Innovation Platform (OSIP) do 14 września 2025 roku. Zainteresowani mogą znaleźć wszystkie szczegóły, procedury i warunki uczestnictwa na oficjalnej stronie internetowej ESA.

Po upływie terminu składania wniosków zostanie wybranych do pięciu najlepszych pomysłów. Każdy wybrany zespół otrzyma budżet w wysokości 100 000 euro na przeprowadzenie sześciomiesięcznego szczegółowego studium. Na koniec tego okresu zwycięskie studium zostanie nagrodzone wyjątkową okazją – sesją w Concurrent Design Facility (CDF) ESA. Jest to zaawansowane centrum zlokalizowane w technologicznym sercu ESA, ESTEC w Holandii, gdzie multidyscyplinarne zespoły inżynierów i naukowców wspólnie pracują nad szybkim rozwojem i oceną przyszłych misji kosmicznych. Uzyskanie sesji CDF znacznie przyspiesza drogę od pomysłu koncepcyjnego do dojrzałego i dopracowanego planu misji, otwierając drzwi do dalszego rozwoju i potencjalnej realizacji.

Źródło: Europejska Agencja Kosmiczna