Europejska przyszłość kosmiczna budowana jest nie tylko na wielkich misjach i spektakularnych startach, ale także na serii odważnych, niekonwencjonalnych pomysłów, które trzeba szybko przetestować, zweryfikować i przekształcić w użyteczne technologie. Właśnie tym zajmuje się platforma ESA Open Space Innovation Platform (OSIP) w ramach programu Discovery & Preparation: znajduje wyjątkowo dobre propozycje, łączy naukę z przemysłem i zapewnia pierwszą rundę finansowania, aby w krótkim cyklu przekształcić pomysły w namacalne rezultaty. W pierwszej połowie 2024 roku za pośrednictwem OSIP wsparto mozaikę 51 działań badawczo-rozwojowych, a wśród nich szczególnie wyróżnia się pięć projektów, które dobitnie pokazują, jak Europa planuje finansować przyszłość kosmosu – od fundamentalnych modeli AI do obserwacji Ziemi i autonomicznej nawigacji do bliskich spotkań statków kosmicznych, po ogromną komorę laboratoryjną „Księżyc-i-Mars”, elektroniczny „ołówek” do usuwania pyłu i diamentowe magnetometry kwantowe nowej generacji.
Między styczniem a czerwcem 2024 roku OSIP służyła jako punkt wejścia do ekosystemu innowacji ESA dla zespołów rozwiązujących bardzo konkretne wyzwania: jak lepiej zrozumieć planetę w obliczu zalewu danych satelitarnych, jak bezpiecznie zarządzać spotkaniami statków kosmicznych na orbicie, jak testować platformy łazików i delikatne systemy w warunkach podobnych do księżycowych i marsjańskich, jak radzić sobie z abrazyjną elektrostatyką pyłu regolitu księżycowego oraz jak zmieścić bardzo precyzyjne pomiary pola magnetycznego w małych, energooszczędnych platformach kosmicznych. Poniżej przedstawiamy rozszerzony przegląd tych pięciu działań zainicjowanych przez OSIP, powody, dla których są one ważne, gdzie leży ich potencjał komercyjny i jak wpisują się w europejskie programy kosmiczne, które zdefiniują tę dekadę.
OSIP jako szybka ścieżka dla pomysłów: jak Europa skraca drogę od propozycji do prototypu
Open Space Innovation Platform została pomyślana jako „punkt wejścia” для niekonwencjonalnych koncepcji. Poprzez otwarte kanały i kampanie tematyczne, badacze z uczelni, start-upów i przemysłu proponują rozwiązania, które przechodzą szybką ocenę techniczną. Najbardziej obiecujące pomysły przechodzą do jednej z trzech ścieżek: studia wykonalności (aby szybko sprawdzić, czy „trzyma się to kupy”), współfinansowane badania (tematy doktoranckie i postdoktoranckie z jasnym wynikiem technologicznym) lub wczesny rozwój technologiczny (skoki TRL w kierunku walidacji w odpowiednim środowisku). Model jest świadomie „portfelowy”: ryzyko jest rozłożone, a decyzje o skalowaniu podejmowane są na podstawie danych i demonstracji – a nie tylko dobrych intencji.
W 2025 roku to podejście zyskuje dodatkowo na znaczeniu. Globalny wyścig o autonomiczną obsługę na orbicie, rosnąca gęstość satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO), plany dłuższych pobytów na Księżycu i powrotu próbek z Marsa wymagają technologii przekształcających kruchość w solidność: systemów mniejszych, lżejszych i bardziej energooszczędnych, algorytmów działających w warunkach ograniczeń procesorów klasy „space-grade” oraz obiektów testowych, w których na Ziemi można odtworzyć zapylone, zimne i ultraniskociśnieniowe środowiska. OSIP właśnie takie próby wychwytuje wcześnie i kieruje je w stronę konkretnych misji.
Fundamentalny model AI do obserwacji Ziemi: uczenie „any-sensor” i sterowanie językowe
Zespół z École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) pracuje nad stworzeniem fundamentalnej (foundation) architektury AI, która nie zależy od typu sensora i uczy się wspólnych reprezentacji z obrazów radarowych (np. Sentinel-1) i optycznych (np. Sentinel-2) nad tymi samymi obszarami. Zamiast klasycznego podejścia „każdy sensor – własny model”, celem jest, aby jedna sieć rozpoznawała wzorce niezależnie od tego, czy pochodzą z SAR, kamer wielospektralnych czy jakiegoś przyszłego instrumentu. W ten sposób niweluje się różnice w rozdzielczości przestrzennej, spektrum i częstotliwości czasowej, a wyniki pokazują, że model może efektywnie wykonywać zadania również poza zbiorem, na którym był trenowany.
Kolejnym krokiem jest połączenie wizji i języka: model powinien „rozumieć” opisy tekstowe i odpowiadać na pytania dotyczące zawartości sceny. Oznacza to, że użytkownik mógłby wpisać zapytanie w stylu „znajdź obszary zalewowe wzdłuż Sawy w kwietniu” lub „pokaż zmiany w rozprzestrzenianiu się miast między 2018 a 2025 rokiem” i otrzymać sensowny, weryfikowalny wynik. Taka interakcja językowa drastycznie obniża próg korzystania z danych Obserwacji Ziemi (EO) poza wąskimi zespołami specjalistów – od ochrony ludności i zarządzania kryzysowego po rolnictwo, energetykę i dziennikarstwo śledcze.
Dlaczego „any-sensor” jest ważny właśnie teraz? Ponieważ konstelacje rosną, a misje wzajemnie się uzupełniają: radar widzi przez chmury i w nocy; optyka dostarcza bogatej zawartości spektralnej; instrumenty hiperspektralne wykrywają sygnatury chemiczne; wysokościomierze i lidar dostarczają parametrów geometrycznych. Ujednolicona utajona reprezentacja wszystkich tych „języków” sensorów skraca czas do uzyskania wglądu i zmniejsza koszty operacji. Dodatkowo, standaryzowane benchmarki EO coraz bardziej faworyzują modele, które generalizują na różne geografie i modalności, co potwierdza, że kierunek jest – dobry.
Po stronie operacyjnej wyróżniają się przypadki użycia o wysokim wpływie społecznym: szybka ocena szkód po powodziach i pożarach, wykrywanie osuwisk, monitorowanie chorób lasów i stresu rolniczego, mapowanie miejskich wysp ciepła, śledzenie erozji wybrzeży oraz zwalczanie nielegalnej działalności (nielegalna budowa, wycinka, wydobycie piasku). W takich scenariuszach wyszukiwanie językowe skraca drogę od pytania do odpowiedzi, a uczenie „any-sensor” łagodzi luki w danych.
SpaceSite Lab: „Księżyc i Mars” w zapylonej, wietrznej komorze próżniowej o dużej średnicy
Jak trudno jest odtworzyć Księżyc i Marsa na Ziemi? Wystarczająco trudno, aby potrzebna była komora o średnicy około 30 metrów i wysokości 7 metrów, która łączy próżnię, ekstremalne temperatury, wiatr i wzniecony pył. Właśnie to przewiduje koncepcja Dusty-Windy Thermal Vacuum Chamber (DWTVC) w ramach SpaceSite Lab, wspólnego przedsięwzięcia Duńskiego Instytutu Technologicznego (DTI) i Uniwersytetu w Aarhus (AU). Celem jest stworzenie pełnowymiarowego obiektu testowego i badawczego, w którym można badać platformy łazików, ramiona robotyczne, mobilne bazy i wrażliwe mechanizmy w warunkach jak najbardziej zbliżonych do rzeczywistych – od księżycowego bieguna z elektrostatycznie naładowanym regolitem po gorące, rozrzedzone atmosfery marsjańskie.
Dlaczego taka komora jest strategiczna? Ponieważ skaluje testowanie od próbek laboratoryjnych do kompletnych systemów i scenariuszy. Można w niej symulować „burze pyłowe”, mierzyć degradację powierzchni optycznych i termicznych, sprawdzać niezawodność złączy i uszczelek oraz walidować systemy ograniczania pyłu, zanim trafią na statek kosmiczny. Przewidziano również komponent komercyjny poza kosmosem: pomiar emisji aerozoli z pojazdów i pieców, testowanie dużych systemów wentylacyjnych, a nawet eksperymenty rolnicze w określonych atmosferach. Projekty koncepcyjne są powiązane z wiodącymi biurami architektonicznymi, a konfiguracje techniczne odpowiadają potrzebom przyszłych europejskich misji w ramach programu Terrae Novae i lądownika Argonaut.
W toku jest pełne studium wykonalności, które obejmuje technikę, architekturę i infrastrukturę, a także mapę finansową i akcjonariatu. W ten sposób tworzone są warunki wstępne do podejmowania decyzji o etapowej budowie i partnerstwach publiczno-prywatnych. Jeśli Europa chce poważnie testować duże systemy księżycowe i marsjańskie, takie „ziemskie kosmiczne” środowisko przyspieszy rozwój i zmniejszy ryzyko.
AI w służbie bliskich spotkań: nawigacja względna do obsługi na orbicie
Obsługa na orbicie (In-Orbit Servicing – IOS) powoli przechodzi od „wizji” do demonstracji. Jednak, aby „Chaser” bezpiecznie zbliżył się do „Targetu”, potrzebny jest system, który radzi sobie z niepewnościami: kształt obiektu docelowego nie jest do końca znany, właściwości optyczne się zmieniają, warunki oświetleniowe są zmienne, a wszystko dzieje się w reżimie ograniczonych zasobów procesora i ściśle kontrolowanego zużycia paliwa. Zespół badawczy z Politechniki w Mediolanie (Politecnico di Milano), we współpracy z ESA i przemysłem, rozwija algorytm nawigacji względnej z AI „w pętli”, który jest solidnie zaprojektowany właśnie do takich warunków.
Walidacja jest przeprowadzana na dwóch poziomach. Po pierwsze, algorytm jest uruchamiany na procesorze kwalifikowanym do użytku w kosmosie, aby sprawdzić jego możliwość wbudowania bez dramatycznych zmian w architekturze statku kosmicznego. Po drugie, w zakładach Thales Alenia Space w Cannes prowadzone są testy „camera-in-the-loop” i „processor-in-the-loop” ze zmiennym wyglądem celu, co pozwala przetestować odporność na niespodzianki w rzeczywistych warunkach operacyjnych. Potencjał rynkowy jest duży: od usuwania śmieci kosmicznych po uzupełnianie paliwa i instalowanie nowych modułów na istniejących satelitach, IOS to segment, który w nadchodzących latach będzie potrzebował niezawodnych, certyfikowanych systemów GNC z elementami uczenia się.
W dłuższej perspektywie, właśnie takie algorytmy mogłyby zostać przeniesione do robotyki na powierzchniach Księżyca i Marsa, gdzie nie ma GPS-u, a warunki szybko się zmieniają. Udana demonstracja na sprzęcie „space-grade” jest zatem warunkiem wstępnym europejskiej autonomii w IOS – i ważnym mechanizmem bezpieczeństwa na zatłoczonych orbitach.
„Ołówek” przeciwko pyłowi: jak skolimowana wiązka elektronów usuwa regolit
Pył jest cichym wrogiem misji załogowych i systemów robotycznych. Drobne, ścierne i naładowane elektrostatycznie cząstki dostają się do uszczelek, brudzą optykę, uszkadzają powierzchnie termiczne i zmniejszają produkcję energii na panelach słonecznych. Rumuński Narodowy Instytut Fizyki Laserów, Plazmy i Promieniowania (INFLPR) bada technikę usuwania pyłu za pomocą skolimowanej, pulsacyjnej wiązki elektronów o energii około 13 keV. Pomysł jest elegancki: elektrony przekazują pęd bezpośrednio na cząstki pyłu i wyrzucają je z powierzchni bez wcześniejszego przygotowania – bez specjalnych powłok, wbudowanych drutów czy dostosowywania podłoża – co czyni tę metodę bardziej uniwersalną niż wiele dotychczasowych rozwiązań.
W laboratorium obecnie badane są granice bezpiecznej i skutecznej pracy. Średnica plamki (rzędu 10 mm), czas trwania impulsu (dziesiątki mikrosekund), częstotliwość powtarzania i całkowity prąd na impuls są starannie dobierane, aby osiągnąć wysoką skuteczność czyszczenia przy minimalnym ryzyku uszkodzenia podłoża. Ponieważ technika ta jest z natury odpowiednia do warunków niskiego ciśnienia i próżni, oczywiste są zastosowania na Księżycu. Ale potencjał sięga również przemysłu na Ziemi: szybkie czyszczenie wrażliwej optyki, konserwacja farm słonecznych na pustyniach, obsługa czujników w agresywnych atmosferach – to wszystko rynki, które mogłyby zyskać, gdy koncepcja zostanie przekształcona w prototypy produkcyjne. Plany obejmują międzynarodowy patent i komercjalizację poprzez kanał start-upowy.
Diamentowe magnetometry kwantowe: centra NV do pomiarów wektorowych w małym opakowaniu
Pomiar pól magnetycznych w kosmosie jest podstawą do badania wewnętrznej budowy planet, monitorowania pogody kosmicznej, ochrony elektroniki i nawigacji. Klasyczne magnetometry, choć niezawodne, często cierpią z powodu ograniczeń masy, zużycia energii i długoterminowej stabilności, a pomiary wektorowe często wymagają wielu czujników i starannej kalibracji. Zespół z Uniwersytetu w Hasselt rozwija zminiaturyzowany magnetometr, który opiera się na fizyce kwantowej diamentu – na tak zwanych centrach NV (azot-wakancja), których stan kwantowy jest wzbudzany i odczytywany optycznie, z kontrolą mikrofalową. Takie podejście oferuje szeroki zakres dynamiczny, solidność i możliwość pomiarów wektorowych w kompaktowej formie.
Koncepcja już doświadczyła kosmosu dzięki misji studenckiej OSCAR-QUBE na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, co otworzyło drogę dla „drugiej generacji” z rozwiązanymi ograniczeniami i krokami w kierunku integracji „na chipie”. Celem jest instrument na tyle mały i energooszczędny, aby zmieścił się na nanosatelitach i w architekturach konstelacyjnych, z długoterminową stabilnością i dokładnością potrzebną do misji naukowych i operacyjnych. Perspektywy poza kosmosem obejmują badania geologiczne, urządzenia medyczne i rozwiązania przemysłowe, które wymagają precyzyjnego, stabilnego i szybkiego pomiaru pól magnetycznych.
Od pomysłu do efektu: gdzie projekty wpisują się w Terrae Novae i Argonaut
Działania zainicjowane przez OSIP bardzo konkretnie nawiązują do przyszłych europejskich planów. Program Terrae Novae wymaga odpornej technologii dla zapylonych obszarów polarnych Księżyca – bez rozwiązania problemu ograniczania pyłu, wszystko jest zagrożone: od zespołów mechanicznych po energetykę i komunikację. Jednocześnie program lądownika Argonaut wymaga komponentów sprawdzonych w odpowiednim środowisku, zanim wyruszą na misje, które niosą ciężar całego kontynentu. Pełnowymiarowe komory testowe i „czyściciele” pyłu nie są więc luksusem, ale warunkiem niezawodności.
Jednak na orbicie rośnie inna presja: zatłoczone ścieżki LEO i MEO wymagają obsługi, inspekcji i bezpiecznego usuwania odpadów. Nawigacja oparta na AI, odporna na niepewności i sprawdzalna na sprzęcie „space-grade”, staje się swego rodzaju standardem, którego będzie wymagać każda poważna misja IOS. Na Ziemi, fundamentalne modele AI „any-sensor” stają się wspólną platformą roboczą dla służb publicznych, badaczy i firm, które chcą na podstawie danych EO podejmować szybkie, weryfikowalne decyzje.
Co dzieje się po pierwszej połowie 2024 roku: rytm demonstracji w 2025 roku
Chociaż skupiamy się tutaj na okresie styczeń–czerwiec 2024, rozwój zintensyfikował się w ciągu 2025 roku. Społeczność badawcza publikuje nowe architektury dla wielosensorowych modeli fundamentalnych, dyskutuje o standaryzacji porównań i równoważeniu zbiorów danych pod względem geografii i modalności oraz przyspiesza transfer z laboratorium do przepływów operacyjnych. Przemysł, stymulowany programami europejskimi i krajowymi, przygotowuje loty demonstracyjne dla IOS, a zespoły akademickie i przemysłowe kontynuują poszukiwania trwalszych rozwiązań w zakresie ograniczania pyłu. Wspólny mianownik jest ten sam: szybciej i bardziej odpowiedzialnie od pomysłu do efektu.
Szybki przewodnik: oficjalne strony i przydatne linki
Czas utworzenia: 04 października, 2025