Actualitat

El programari de compressió de dades FAPEC permet obtenir imatges d’alta resolució de la Terra des d’un nanosatèl·lit

El 18 de desembre del 2019 s’enlairava des de la Guaiana Francesa un llançador espacial que transportava el nanosatèl·lit OPS-SAT de l’Agència Espacial Europea (ESA), un laboratori espacial creat amb l’objectiu de provar i validar noves tècniques de control de missió i sistemes de satèl·lit a bord. El programari FAPEC –desenvolupat per DAPCOM Data Services, una spin-off de la Universitat de Barcelona (UB) i la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)– va ser una de les primeres aplicacions incloses en aquest nanosatèl·lit experimental que s’han provat amb èxit. Es tracta d’una solució de compressió de dades que ha permès descarregar nombroses imatges de la Terra obtingudes des de l’espai, amb una resolució de 4 megapíxels, en color i alt rang dinàmic (12 bits per píxel). Cadascuna d’aquestes imatges té un pes de 7,6 MB, que es redueix a uns 800 KB en menys d’un segon. Aquests resultats mostren les capacitats d’aquest programari per millorar considerablement la qualitat de la imatge i obren un nou ventall de possibilitats per als nanosatèl·lits d’observació de la Terra, ja que permetran que futurs satèl·lits puguin descarregar més imatges i de manera més eficient i fiable.

“Els resultats inicials de DAPCOM Data Services són increïbles”, afirma el responsable del projecte OPS-SAT de l’ESA, David Evans. “No esperàvem produir imatges tan fantàstiques amb la càmera de l’OPS-SAT, i la innovació de DAPCOM ens ajuda a descarregar-ne moltes més i moltes vegades”.

Un satèl·lit de pocs centímetres de mida i menys de 10 quilograms de pes

Els satèl·lits més grans utilitzen hardware especialitzat per comprimir les dades d’imatges i poder transmetre-les a la Terra mantenint una alta qualitat d’imatge. Aquests costosos sistemes de maquinari tenen períodes llargs de desenvolupament i validació, i a més requereixen espai físic a bord, la qual cosa és un problema per als nanosatèl·lits del tipus CubeSats, com l’OPS-SAT, que tenen una mida de pocs centímetres i pesen menys de 10 quilograms. “Fins ara en aquest casos se solien fer servir compressors domèstics típics com el JPEG, però aquests no són gaire robustos per a entorns crítics com l’espai, i tampoc no tenen gaire robustesa davant possibles corrupcions de dades causades per problemes en el radioenllaç”, explica Jordi Portell, cap tecnològic de DAPCOM Data Services i investigador de l’Institut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB).

“El programari FAPEC –continua l’investigador–, altament optimitzat, versàtil i portable, permet una integració àgil en el sistema de gestió de dades de càrrega útil, alhora que ofereix un rendiment de compressió comparable a les solucions basades en hardware. Fins i tot els satèl·lits amb només un ordinador de bord, sense sistemes d’alt rendiment, poden utilitzar-lo”. A més, aquest procés s’aconsegueix amb un cost computacional menor que el d’altres programaris similars.

Primer experiment reeixit a bord de l’OPS-SAT

El FAPEC ha estat el primer experiment d’usuari no ESA que s’ha activat a bord de l’OPS-SAT, i ha permès assolir dos objectius importants. En primer lloc, s’ha demostrat la viabilitat de nous experiments a bord d’aquesta missió de demostració de tecnologia. I, en segon lloc, gràcies a la col·laboració amb experts de l’ESA i l’OPS-SAT, el software ja està disponible per a altres experimentadors que hagin de descarregar imatges o altres dades de satèl·lit. “El nostre objectiu és que el FAPEC esdevingui un estàndard de facto per als nanosatèl·lits, ja que la seva versatilitat, simplicitat, robustesa i eficiència el converteixen en una solució idònia, ràpida i de baix cost per a futures missions de qualsevol tipus”, destaca Jordi Portell.

Segons l’investigador, aquests resultats demostren la robustesa i l’eficiència del FAPEC, i el fan “idoni” per a l’anomenat NewSpace, un terme que es refereix a la democratització de l’espai i de la indústria aeroespacial gràcies a l’ús de satèl·lits com l’OPS-SAT, més petits, de menor cost i menor temps de desenvolupament, en comparació amb els satèl·lits actuals, i que solen estar basats en tecnologies estàndard. “Aquestes característiques representen un canvi de paradigma en la manera de desenvolupar missions espacials, i faran que es potenciï l’ús dels seus serveis per molts més agents, en aplicacions tant verticals com transversals de diversos sectors productius”, explica Jordi Portell. De fet, la Generalitat de Catalunya, mitjançant el seu Departament de Polítiques Digitals i Administració Pública, ja ha començat a apostar per aquest sector mitjançant l’Estratègia NewSpace de Catalunya.

Una part important de la missió Gaia

Les capacitats de compressió d’imatges del FAPEC encara no s’havien demostrat en òrbita fins ara, però el programari ja està sent utilitzat per una constel·lació comercial de satèl·lits per comprimir dades de càrrega útil a bord. De fet, el programari es va concebre dins el marc de la missió Gaia de l’ESA, que té com a objectiu crear un mapa tridimensional de la Via Làctia. El grup Gaia de l’ICCUB/IEEC té un paper essencial en el processament de dades d’aquesta missió, i el FAPEC ha servit per comprimir el segon i el tercer catàlegs de la missió, que recull la posició de 1.700 milions d’estrelles i inclou dades sobre la distància, el moviment i el color de més de 1.300 milions d’estrelles de la Via Làctia i de galàxies pròximes. Gràcies al software creat per DAPCOM Data Services, el catàleg ha reduït la seva mida dels 554 GB originals (en format gzip) a 471 GB.

El FAPEC també es pot aplicar a la compressió de tipus molt variats de dades, ja que suporta fitxers binaris i de text (com ara registres d’aplicacions i grans fitxers CSV) amb sèries temporals, matrius multidimensionals, o imatges amb diverses bandes de color o formats específics. D’aquesta manera, a banda de l’espai, es pot utilitzar en camps molt diversos, com la medicina, amb dades com les de les ressonàncies magnètiques, la genòmica (fitxers fastq) o les dades de columna d’aigua enregistrades per sondes acústiques del fons marí.

A més, a part d’oferir una alta capacitat de compressió de dades, el FAPEC té altres avantatges: gran rapidesa d’execució, encriptació de dades, generació d’estadístiques, funcionament en gairebé qualsevol plataforma de computació, i la capacitat d’adaptar-se a altres tipus concrets de dades, com ara un experiment científic, un sensor o una càmera.

Les imatges obtingudes per l’OPS-SAT es publiquen regularment i es poden trobar a Flickr.

Comparteix aquest post:

Utilitzem cookies de tercers amb finalitats tècniques i analítiques. Si continua navegant vol dir que accepta la nostra política de cookies. Més informació,plugin cookies política de cookies.

ACEPTAR
Aviso de cookies