- Иновацията може да е безкрайно полезна на НАСА и Европейската космическа агенция, сред чиито приоритети е търсенето на следи от живот на луната на Сатурн
- Университетът разполага с чиста стая и провежда тестове как машините ще понесат вибрациите на различните ракети носители
Д-р Махса Азадманеш е от Иран, но в ТУ - София, е гост-изследовател и вече повече от една година работи върху едни от най-вълнуващите въпроси в съвременната космонавтика - топприоритета на НАСА да разположи съзвездие от сателити край луната на Сатурн - Енцелад. Тя има океан, скрит под ледове, липсва атмосфера и повърхността е скована от екстремен студ - минус 198 градуса. Въпреки това представлява огромен интерес за науката, тъй като има всички съставки за поддържане на някакви форми на живот и може да се окаже първата "извънземна лаборатория" за търсенето му.
Макар че сателитите поевтиниха значително тези мисии, те пак остават скъпи и суперсложни, тъй като са придружени от различни проблеми. Един от най-важните е какво да се направи, когато възникне грешка в "съзвездието" от машини? И по-точно, когато сателитът лидер дефектира. Тези изследвания на учените от ТУ - София, са част от проекта "Подобряване на научноизследователския капацитет и качество за международна разпознаваемост и устойчивост на ТУ - София" (BG-RRP-2.004-0005). С него се създава мрежа от научноизследователски висши учебни заведения в България по Програмата за ускоряване на икономическото възстановяване и трансформация чрез наука и иновации.
"Съзвездията от малки сателити от типа "лидер - последовател" са бъдещето на космическите мисии - разказва д-р Махса Азадманеш пред "24 часа". - Те са по-евтини, по-гъвкави, способни са да картографират повърхности на планети и луни, да осигурят GPS или интернет в междупланетното пространство." Другото голямо предимство на тази технология е, че вместо да се изстреля един скъп и тежък апарат, се изпраща група от малки сателити. Всеки е с конкретна задача, но работят синхронизирано и колективно.
"По този начин ефективността им е много по-висока, а загубата на един сателит не прекратява мисията - посочва Азадманеш. - Тази архитектура обаче крие системен риск, който досега нямаше решение."
При отказ на сателит последовател проблемът веднага става очевиден, тъй като разстоянието между него и останалите в съзвездието се увеличава и той видимо се отклонява от очакваното "поведение". Тогава операторите го засичат, изолират го и продължават работа с останалите.
Но когато сателитът лидер излезе от строя, ситуацията е различна.
"Когато той е дефектен, няма как да го установим, защото всички следват този лидер. Всички "се учат" от грешките му, сякаш това е някаква "нова нормалност". Нещо, което е много опасно за самата мисия", посочи д-р Азадманеш.
Причината е, че дефектът при сателита-водач се превръща в еталон. Изкуственият интелект, вграден в останалите, безрезервно приема "поведението" му за правилно и бързо го усвоява. Системата продължава да функционира привидно нормално, но всъщност се отклонява от целите на мисията.
Именно тази скрита уязвимост може да се реши с разработения от научната група в ТУ - София, иновативен контролер.
"Той засича аномалията в поведението на лидера, спира незабавно обучението на AI в цялото съзвездие, избира нов лидер измежду работещите сателити и продължава мисията по коригиран курс - обясни усмихната изследователката. - Така спасяваме мисията. Това е, което правим."
Д-р Махса Азадманеш и колегите вече са разработили устройството, доказали са ефективността му в различни симулации и сега се подготвят за следващата стъпка - тестове в реална мисия.
А тази, която ги вдъхновява, е същата, обявена за приоритет от НАСА и Европейската космическа агенция. Причината е, че тяхното съвместно начинание "Касини-Хюйгенс" откри масивни струи от воден лед, хидротермална активност и сложни органични молекули на луната на Сатурн. Тоест Енцелад може да крие следи от живот. Затова следващата стъпка за екипа не е абстрактна, а конкретна и най-вече вълнуваща. Основната причина е, че на южния полюс на Енцелад бликат гейзери от вода - водни стълбове, изхвърляни в открития Космос, видими дори от разстояние.
Единственото обяснение за този феномен е течен воден басейн под ледената повърхност, затоплян от приливните сили на Сатурн. А където има течна вода в продължение на милиарди години, може да има и живот.
"Ако там има някакъв вид микробен живот, мисията би била много деликатна - защото не трябва да го застрашаваме. Трябва да бъдем много, много прецизни", обяснява Азадманеш.
Поради тази причина само един апарат изобщо не е достатъчен. Нужно е съзвездие от сателити, всеки от които изпълнява различна задача - геохимичен анализ, картографиране, измерване на магнитното поле, анализ на гейзерите, като данните от всички тях конструират цялостната картина, без да замърсяват или да вредят на средата, която изследват.
Екипът в ТУ - София, вече е проектирал подобно съзвездие от сателити с контролера, който не само работи, а и е приспособен специално за тази мисия. Нещо повече, технологията може да е безкрайно полезна на НАСА и Европейската космическа агенция, които планират да изпратят апарат от типа Orbilander, който ще кацне на Енцелад около 2050 г.
Успоредно с тези изследвания в ТУ - София, се изгражда инфраструктура, каквато България досега не е имала: чиста стая за сглобяване и тестване на кубсат сателити. Големината им може да е колкото на кутия за обувки - достигат максимум до размера на куфар. Най-малките са с тегло около 2 кг. Голямото им предимство е, че са евтини и с огромен потенциал да демократизират изследванията в Космоса. Затова те са сред любимите инструменти на университети, стартъпи и изследователски институции.
"Благодарение на тази технология вече и по-малки държави могат да изстрелват собствени апарати на много по-ниски цени, немислими при традиционните космически мисии - отбелязва проф. Красимир Неделчев, който е ръководител на научната група "Технологии за изграждане и тестване на CubeSAT", част от проекта "Научни изследвания с потенциал за иновации или трансфер на знания/интелектуална собственост". И ако малкият размер е голямото предимство на тези сателити, той е и едно от предизвикателствата, защото изправя учените пред специфични изисквания при тестването.
"Стаята е с класификация ISO 9 за сглобяване и ISO 8 за тестване - обясни проф. Неделчев. - Това е международен стандарт, без чието спазване сателитът не може да бъде приет за изстрелване. Лабораторията разполага с електродинамични вибратори за симулиране на вибрациите при изстрелване, симулатор на земното магнитно поле и климатична камера за термични тестове в диапазон от -50 до +180°C."
Изискванията към тестовете също не са универсални.
"Те зависят преди всичко от ракетата носител - отбеляза ученият. - Falcon 9 на SpaceX налага различен вибрационен профил от Falcon Heavy, а те от своя страна се различават от руските или европейските ракети. Сателитът трябва да е преминал специфичните тестове за конкретната ракета, преди да бъде приет за товарен отсек. Иначе рискът е реален и е документиран: дори технически изправни сателити са достигали орбита и не са могли да се разгърнат поради механични откази, предизвикани от вибрациите при изстрелване."
Симулаторът на магнитното поле също е критичен за реализацията на мисията, защото от него зависи ориентацията.
"Сателитът "трябва да знае" как е наклонен спрямо Земята, за да насочи правилно антената, камерата или слънчевите панели - посочи професорът. - Системите за електромагнитна ориентация, базирани на взаимодействие с магнитното поле на Земята, могат да се тестват и калибрират единствено в симулирана магнитна среда."
Лабораторният лазерен виброметър също дава предимства, които привличат индустрията. Според учения индустрията също проявява интерес към тези иновативни изследвания: "Българска компания от космическия сектор, която се преориентира към по-големи сателити, се свърза с екипа, за да използва вибраторите за тестване на нови апарати. Лабораторията разполага и с апаратура, каквато техните партньори в Израел нямат, което прави сътрудничеството ни взаимно изгодно."
Така стъпка след стъпка ТУ - София, смело навлиза в Космоса и един ден, когато станем пълноправен член на Европейската космическа агенция, България ще има не само необходимия научен капацитет, а и солиден опит в инженерството и управлението на сложни мисии.
Кръговата икономика при комплексни изделия и системи
Когато се говори за кръгова икономика - повторно използване, рециклиране, удължаване на живота на продуктите - обикновено експертите имат предвид опаковки, текстил, електроника за масовия пазар. В ТУ - София, обаче прилагат много по-задълбочен подход с темата "Кръгова икономика при комплексни изделия и системи" по проекта "Подобряване на научноизследователския капацитет и качество за международна разпознаваемост и устойчивост на ТУ - София" (BG-RRP-2.004-0005). В него водещи изследователи са д-р Бенито Миняка и доц. Мина Даскалова.
Екипът е съсредоточен върху комплексни изделия и системи като атомните централи, eлектроцентрали, вятърни паркове, нефтените и газовите заводи, корабите и др. "Те се проектират и изграждат като еднократни проекти, с живот от 30 до 60 години, по индивидуална поръчка - обясни д-р Миняка, който е гост-изследовател и вече повече от една година е фокусиран върху проекта в ТУ - София. - Логиката досега беше: проектирай за максимална функционалност и безопасност, без да се тревожиш какво ще се случи с компонентите след края на жизнения им цикъл." Именно тази логика Бенито Миняка и колегите му искат да надградят.
"Фокусът досега беше върху времето, цената и ресурсите като стратегическа стойност - а не върху устойчивостта", подчерта той. Един от ключовите фактори е архитектурата - дали обектът се изгражда директно, или предварително в заводи се изработват отделни модули, които впоследствие се сглобяват. Фабричното производство позволява по-строг контрол на качеството, по-малко отпадъци и при правилно проектиране - компоненти, стандартизирани достатъчно добре, за да бъдат употребени повторно. По-малките модули са логистично по-лесни за транспортиране, което разширява географския им обхват за потенциално повторно използване. Техническата възможност за реализация обаче е само част от уравнението. Дори когато повторното използване е възможно, има опасност то да бъде блокирано от регулаторни режими, институции и т.н.
"Трябва да разгледаме политиките и регулациите, защото в някои случаи просто няма процес на сертифициране за повторно използване на части", обясни италианският учен.
При ядрени съоръжения например нормативната регламентация позволява да се работи само с нови компоненти. Сертифицирането на всяка една употребявана част би изисквало изцяло нова процедура - каквато в повечето страни не съществува. За да може да функционира пазар за повторна употреба на компоненти, трябва да се създаде необходимата регулаторна рамка, позволяваща всичко това. По този начин ефектът ще е в три посоки, посочва д-р Миняка. Първият ще е екологичен, защото на фазата на изграждане ще са необходимо по-малко първични суровини, а емисиите от производствения процес ще бъдат по-ниски. Вторият ефект ще е икономически, защото по този начин намалява стойността на следващото съоръжение, което ще използва компоненти - втора употреба. Третият ще е социален, тъй като ще се създадат нови специализирани работни места в сферата на ремонта, инспекцията, повторното сертифициране и управлението на компоненти - умения, каквито пазарът на труда все още не притежава в достатъчен мащаб. Екипът все още работи по проекта, без да разполага с голяма база от емпирични данни. Затова изследването започва с проучване и идентифициране на всички фактори резултатът е създаването на методологична рамка, чрез която индустрията и регулиращите институции да могат да работят в конкретика.
"Направихме повече от очакваното", отбелязва д-р Миняка.
Учени с AI намаляват въглеродните емисиите от корабоплаването
Корабоплаването е отговорно за около 3% от глобалните въглеродни емисии - цифра, която на пръв поглед изглежда скромна, но само докато не се осъзнае, че от морския транспорт зависят над 80% от световната търговия. Затова декарбонизацията на сектора не е обикновен въпрос, а стратегически приоритет с преки последици за веригите на доставки, цените на стоките и конкурентоспособността на корабоплаването на всяка отделна страна.
В тази насока едно от най-важните изследвания в ТУ - София, по проекта "Подобряване на научноизследователския капацитет и качество за международна разпознаваемост и устойчивост на ТУ - София" (BG-RRP-2.004-0005) е "Декарбонизация на корабоплаването в България: потенциални решения".
Част от екипа е гост-изследователят - финландския учен Александър Кондратенко от университета "Чалмърс" - един от водещите световни центрове за подобни изследвания. Вече повече от една година Кондратенко е фокусиран предимно върху работата си в ТУ - София. Фокусът на научната група е върху устойчивостта на корабоплаването, но не само като теория, а с директни практически съвети, приложими от индустрията и регулаторите.
"Почти всички наши изследвания и статии завършват с конкретни препоръки на базата на реалността", обясни Кондратенко.
"Проучихме възможни пътища за декарбонизация на водния транспорт в България, използвайки системен подход", обясни още той. Благодарение на данните, събрани от българските учени в групата в ТУ-София, се разработва агентно-базиран модел за оценка на осъществимостта на вътрешно корабоплаване, задвижвано от батерии. "Освен това проучихме системната устойчивост на изкуствения интелект и анализирахме тенденции, които потенциално могат да доведат до неустойчивост, а също и насоки как да ги избегнем", посочи още Кондратенко.
На практика декарбонизацията на корабоплаването обхваща целия жизнен цикъл: от добива и производството на горивото, през транспорта и съхранението, до крайното потребление на борда. Този подход разкрива една различна картина, която традиционните анализи, фокусирани върху изгорелите газове, пропускат.
Неслучайно статията на Кондратенко и колегите му от ТУ - София, е класирана сред топ 1% на най-влиятелните изследвания в Web of Science - признание, което отразява острата необходимост от подобни разработки сред международната научна общност.
Декарбонизацията на сектора е в самото начало и ефектите тепърва ще стават измерими. Алтернативните горива - метанол, амоняк, водород - са технически осъществими, но инфраструктура за тях почти не съществува. Заедно с това температурата на океаните се повишава и това е многофакторен процес, в който корабоплаването е само един от елементите.
Именно затова Кондратенко и колегите му с изследванията си не търсят бързия отговор, а прецизния, базиран на факти и изследвания, а не на мнения.
Още по темите в проекта можете да научите от видеата.
