3 Φεβρουαρίου 2014

Η Αγγελική, Τα Cubesats Και Η Επόμενη Διαστημική Επανάσταση

Αυτοί εδώ είναι δύο κυβοδορυφόροι* ή cubesats (cube επειδή έχουν κυβικό σχήμα, sats από το satellites). 

cubesats

Είναι δύσκολο και ακριβό και ενεργοβόρο να υπερνικήσει ένας πύραυλος τη βαρύτητα για να στείλεις κάτι σε τροχιά, πόσο μάλλον όταν έχει το μέγεθος των συμβατικών δορυφόρων. Τα cubesats προσφέρουν μία μεγάλη διευκόλυνση σ' αυτό το θέμα, λόγω του μικρού τους μεγέθους και βάρους. Μπορούν να σχεδιαστούν πολύ γρήγορα, και το κόστος των ίδιων των συσκευών είναι πολύ χαμηλότερο σε σχέση με τους συμβατικούς δορυφόρους. Αυτό με τη σειρά του ξεκλειδώνει πολλές νέες δυνατότητες. Το ρίσκο των πειραματισμών γίνεται αμελητέο και πολλές νέες ιδέες μπορούν να δοκιμαστούν: Σμήνη cubesats σε τροχιά που θα ψάχνουν εξωπλανήτες, σμήνη που θα παίρνουν συλλογικά πάσης φύσεως επιστημονικές μετρήσεις (όπως λχ ατμοσφαιρικές μετρήσεις από μέχρι τώρα απρόσιτα υψόμετρα),  ακόμα και σμήνη που θα πετάξουν στο φεγγάρι πολύ πολύ φτηνά. Είναι θαυμάσια, πολλά υποσχόμενη τεχνολογία. 

Το περασμένο καλοκαίρι μια νεαρή Ελληνίδα από τα Ιωάννινα, η Αγγελική Καπόγλου, δούλεψε ως μέλος της ομάδας Team X του JPL της NASA, η οποία είναι υπεύθυνη για την αρχική μελέτη και το σχεδιασμό πολλών και γνωστών διαστημικών αποστολών, ενώ σιγά σιγά επεκτείνεται και στον σχεδιασμό αποστολών με cubesats. Έτυχε να γνωρίσω την Αγγελική στο τελευταίο TEDxAthens (και οι δύο ψάχναμε στα διαλείμματα το Σταμάτη Κριμιζή) και, καθώς ήταν αναγνώστρια του Blue Dot και είχε και πολλά πολύ ενδιαφέροντα πράγματα να πει γι' αυτή της την εμπειρία, ανανεώσαμε το ραντεβού μας στα γραφεία της Nest Media στον Κεραμεικό. Καρπός αυτής της συνάντησης ήταν και το παρόν ποστ. 

krimizis

Κατ' αρχάς, μερικά λόγια για την Αγγελική:

Γεννήθηκε, μεγάλωσε και σπούδασε μηχανικός επιστήμης υλικών "στα εξωτικά Γιάννενα", όπως τα αποκαλεί χαμογελαστά. Ο πατέρας της είναι μηχανολόγος, πράγμα που την έστρεψε στην ενασχόληση με τα τεχνολογικά πράγματα από νωρίς. Η στροφή στα διαστημικά πράγματα, ωστόσο, έγινε σταδιακά και λίγο τυχαία. Ως προπτυχιακή φοιτήτρια έκανε μια πρακτική στο αεροδρόμιο Ελ. Βενιζέλος και δούλεψε λίγο με αεροπλάνα. Στη συνέχεια, πριν ακόμα πάρει το πτυχίο της, πήγε για ένα καλοκαίρι στο CERN, βοηθώντας στην ανάπτυξη τρόπων ελέγχου των συγκολλήσεων του LHC.

Με το που ορκίστηκε έφυγε να δουλέψει για την ESA (European Space Agency, η Ευρωπαϊκή NASA) στο Λέιντεν της Ολλανδίας. Έπειτα πήγε για ένα χρόνο στο Caltech (το πανεπιστήμιο όπου δίδασκε ο Ρίτσαρντ Φάινμαν!) για μελέτη εξωτικών μεταλλικών κραμάτων με χρήσιμες ιδιότητες. Φεύγοντας από εκεί, έκανε στο Λονδίνο ένα μάστερ στην διαχείριση συστημάτων μηχανικής, σε συνεργασία με την ESA. Πήρε μια υποτροφία και ξεκίνησε ένα δεύτερο μάστερ, αυτή τη φορά στο International Space University του σεσημασμένου διαστημανθρώπου Πίτερ Διαμαντή (θέμα του μάστερ: Space Business and Management). Κάπου ανάμεσα σ' όλα αυτά, ξέκλεψε λίγους μήνες να πάει και στην Mars Society στη Γιούτα

Κι ακόμα δεν έχει κλείσει τα 30.

astro_capoglou

Η πάρα πολύ ενδιαφέρουσα κουβέντα που είχαμε ξεκίνησε όταν την ρώτησα: "με τι ασχολείσαι;" Απαντώντας, θα μου εξηγούσε πράγματα για το systems engineering, θα περιέγραφε την δουλειά της στη NASA με τα cubesats, και θα μάθαινα λεπτομέρειες για την οργάνωση του οργανισμού, τη διαδικασία σχεδιασμού των αποστολών -μαζί και με όμορφα πράγματα από τον τρόπο ζωής στο campus και στο Λος Άντζελες γενικότερα.

Η Team X του JPL όπου δούλεψε το περασμένο καλοκαίρι, λοιπόν, είναι ένα CDF, ή Concurrent Design Facility. Δηλαδή:

The JPL Advanced Projects Design Team, also known as Team X, is an interdisciplinary team of engineers that "utilizes concurrent engineering methodologies to complete rapid design, analysis and evaluation of mission concept designs". 

Ούτε εγώ το κατάλαβα στην αρχή. 

teamx

Για το concurrent engineering η Αγγελική μου εξήγησε τα εξής:

Παραδοσιακά, ο τρόπος που στήνεται μια αποστολή και κατασκευάζεται το εκάστοτε μηχάνημα/σύστημα, είναι "γραμμικός". Μια ομάδα επιστημόνων αποφασίζει τι θέλει να κάνει ένα ρομποτάκι στον Άρη: Για παράδειγμα, να μετρήσει την ακτινοβολία στην επιφάνεια του πλανήτη και να κάνει μια χημική αντίδραση στο χώμα. Καταλήγουν λοιπόν στα εργαλεία με τα οποία πρέπει να είναι εξοπλισμένο το ρομποτάκι τους για να ανταποκριθεί. Μετά πρέπει να σχεδιαστούν αυτά τα εργαλεία, λαμβάνοντας υπόψη τις συνθήκες λειτουργίας επί Άρη. Μία άλλη ομάδα θα ασχοληθεί με το σύστημα επικοινωνιών του ρομπότ, πώς θα το ελέγχουμε και πώς θα μας στέλνει φωτογραφίες. Μία ακόμα ομάδα παίρνει έτοιμα τα αποτελέσματα των προαναφερθέντων, και υπολογίζει τις ενεργειακές ανάγκες του ρομπότ για να σχεδιάσει την τροφοδοσία του. Θα έχει φωτοβολταϊκά πάνελ σαν το Hubble; Ή θα έχει πυρηνικό αντιδραστήρα σαν τα Voyager; Πόσο μεγάλο; Το σχεδιάζουν. Και μετά το μπαλάκι πάει σε νέα ομάδα μηχανικών, που θα προτείνουν ας πούμε το ιδανικότερο form factor του ρομπότ. Ακίνητο, στατικό, σαν το Viking; Εξάτροχο σαν το Spirit; Μακρόστενο, με τα επιστημονικά όργανα σε σειρά; Πυργοειδές με το ένα απάνω στο άλλο και στην κορυφή το δορυφορικό πιάτο; Τέτοια θέματα αντιμετωπίζουν. Τελικά μια άλλη ομάδα θα υπολογίσει τι βάρος και τι διαστάσεις αναμένεται να έχει το μαραφέτι, ώστε να δώσει τα specs στην ομάδα που θα σχεδιάσει την 'συσκευασία' του ρομπότ στον πύραυλο που θα το στείλει στον Άρη.

Πολλές ομάδες.

Αυτό που διαπιστώθηκε πριν 15-20 χρόνια, ήταν πως αυτή η γραμμική διαδικασία οδηγούσε έμμεσα σε κακοσχεδιασμένα ρομπότ και επανασχεδιασμούς, περιττά έξοδα και μπελάδες. Αναζητώντας λύση στο πρόβλημα, οι μηχανικοί κατέληξαν στο concurrent engineering, τη μέθοδο κατά την οποία οι εργασίες γίνονται παράλληλα, όχι γραμμικά. Πλέον κατά το σχεδιασμό μιας αποστολής όλες οι ομάδες ξεκινούν διάλογο από νωρίς, και δουλεύουν όσο περισσότερο γίνεται ταυτόχρονα. Έτσι μπορεί ένας μηχανικός του "team πακεταρίσματος στον πύραυλο" να ακούσει τι κάνουν τα παιδιά του "team telecoms", και να τους προτείνει διευκολυντικές για τον ίδιο τροποποιήσεις εγκαίρως χωρίς να θυσιάζεται η ποιότητα του αποτελέσματος. Με το παλιό σύστημα αυτό δεν θα γινόταν, επειδή ο μηχανικός των telecoms δεν ήξερε καν ότι το design του θα δημιουργήσει περιττό πρόβλημα στο πακετάρισμα.

mission-concept

Στα διάφορα τμήματα των αποστολών (cost modeling, navigation, telecom, science, structure και άλλα) η Team X έχει καταφέρει να προτυποποιήσει τις διαδικασίες και να τις προσφέρει προς υλοποίηση στις αρμόδιες ομάδες. 

Το πρόβλημα που κλήθηκε να λύσει η Team Xc -η υπο-ομάδα της Αγγελικής- το καλοκαίρι είχε σχέση με τα cubesats που αναφέραμε στην αρχή, και είναι το εξής: 

Είναι τόσο πολλές και μεγάλες οι διαφορές μεταξύ παραδοσιακών αποστολών και cubesats, που όλες αυτές οι δουλειές της Team X έπρεπε να ξαναγίνουν από την αρχή, ώστε να υπάρχουν τα ετοιμοπαράδοτα templates προς τις ομάδες των νέων αποστολών με cubesats.

satsize

Ο άνθρωπος που ξεκίνησε αυτή την πρωτοβουλία αναδιοργάνωσης ήταν ο Στιβ Ματούσεκ, ένα αξιόλογο στέλεχος της NASA και του JPL, με τους εντυπωσιακούς τίτλους Advanced Concepts Development Manager και Juno Mission Manager

(Το Juno είναι το σκάφος που άφησε τη Γη το 2011 και αναμένεται να φτάσει στον Δία το 2016. Θα πλησιάσει τον πλανήτη περισσότερο από οτιδήποτε άλλο έχουμε στείλει κατά 'κει, θα φωτογραφήσει για πρώτη φορά τους πόλους, και κουβαλάει όργανα που θα προσπαθήσουν να δουν μέσα από την πυκνή και τεράστια ατμόσφαιρα του Δία. Fun Fact: Από αυτό το τελευταίο βγαίνει και το όνομα, επειδή Juno -Γιούνο στα λατινικά, Τζούνο στα αγγλικά- στη ρωμαϊκή μυθολογία είναι το όνομα της Ήρας, που μπορούσε να βλέπει τον Δία και μέσα από τα σύννεφα -κι όπως θα θυμάσαι, είχε τους λόγους της.)

Το Juno είναι από τις πιο μεγάλες και προβεβλημένες αποστολές της NASA, από τις λεγόμενες flagship missions. Αλλά ο Στιβ Ματούσεκ ήταν επίσης μέντορας της Αγγελικής. "Δουλεύοντας με αυτούς τους ανθρώπους εκπλήσσεσαι ευχάριστα και απομυθοποιείς κάποια πράγματα", μου είπε. "Γενικώς οι επιστήμονες εκεί είναι χαλαροί και φιλικοί, τους αρέσει να βοηθάνε, είναι στη νοοτροπία τους η προσπάθεια να μάθουν από τα νέα παιδιά. Ή βλέπεις χαλαρά έναν head of department να κυκλοφορεί με χαβανέζικο πουκαμισάκι. Κι εντάξει, σ' αυτό ίσως παίζει και η Καλιφόρνια ρόλο. Συμβαίνουν πολύ ενδιαφέροντα πράγματα συνέχεια. Υπάρχει μια ομάδα που ασχολείται με τον σχεδιασμό user interfaces, και μπαίνοντας στα γραφεία τους νομίζεις ότι είσαι σε startup. Όλοι νέοι και άνετοι, συνεργάζονται με εταιρίες videogames, οι οποίες τους στέλνουν πειραματικές τεχνολογίες πάνω στις οποίες δουλεύουν, και η ομάδα του JPL κοιτάει πώς μπορεί να τα ενσωματώσει αυτά στο χειρισμό των Mars Rovers, των δορυφόρων, και πολλών άλλων ευφάνταστων διαστημικών μηχανημάτων."

H 10μελής ομάδα Team Xc συστάθηκε τον Μάιο από νέους ανθρώπους που έχουν δουλέψει με cubesats. "Τα cubesats μπορούν να αναπατύσσονται πολύ πιο γρήγορα από τις παραδοσιακές αποστολές", είπε η Αγγελική, "και τα πλεονεκτήματά τους δεν σταματούν εκεί. Σκέψου τα σαν startups, είναι φθηνά, ευέλικτα και πολύ χαμηλού ρίσκου. Οπότε το στοίχημα στον σχεδιασμό είναι να πάρουμε αυτά τα στοιχεία και να τα παντρέψουμε με τη χρηστικότητα και την αξιοπιστία των old-school missions. Επιπλέον είναι άριστος τρόπος να δοκιμαστούν νέες τεχνολογίες σε διαστημικό περιβάλλον, και να αξιολογηθούν για ενδεχόμενη χρήση σε μελλοντικές αποστολές."

Ρώτησα λοιπόν πώς δουλεύει η ομάδα, πώς είναι η καθημερινότητα εκεί.

lego@nasa

Μου είπε πώς βρίσκονται για brainstorming sessions όπου συζητούν το σχεδιασμό των διαδικασιών για τα διάφορα στάδια των αποστολών των cubesats, ενώ εφαρμόζουν και αρκετές μη-παραδοσιακές μεθοδολογίες. Παιχνίδια ρόλων, για παράδειγμα, όπου το κάθε μέλος της ομάδας υποδύεται την ώρα του brainstorming έναν διαφορετικό χαρακτήρα (ο δημιουργικός, ο λογικός, ο problem focused, ο αισιόδοξος, ο σκεπτικός, ο data-driven). Έχει φανεί ότι αυτή η προσέγγιση πυροδοτεί την γέννηση πρωτότυπων ιδεών. Άλλο ένα παράδειγμα είναι πως όλοι οι τοίχοι γεμίζουν πολύχρωμα post-its με τις ιδέες να ομαδοποιούνται και να ανακατανέμονται, μέχρι την ανάδυση του καλού. Επίσης η άμεση παραγωγή πρωτοτύπων μέσω 3D-printing είναι ρουτίνα. 

Ωραία όλα αυτά, αλλά πώς είναι να ζεις στο Λος Άντζελες;

"Γαμάτα", λέει γελώντας. Και συνεχίζει "έχει πάντα ήλιο, είσαι δίπλα σε πάρκο με πολύ πράσινο -έχει και ελάφια εξοικειωμένα με τον κόσμο που μπορείς να τα χαϊδέψεις! Συμβαίνουν απίστευτα πράγματα, μπορεί να κάθεσαι για φαγητό έξω απ' το γραφείο, και δίπλα σου να δοκιμάζουν ένα DARPA rover ξερωγώ". 

bambi-jpl

Τελικά, ανάμεσα σε όσα έκανε η Team Xc δύο πράγματα ξεχωρίζουν:

Τον Δεκέμβριο παρέδωσε έναν πρωτότυπο σχεδιασμό διαστημικών αποστολών, βελτιστοποιημένο για cubesats. Η ομάδα δεν έφτιαξε ένα "αντικείμενο", έφτιαξε έναν τρόπο σχεδιασμού αντικειμένων (διαστημικών αποστολών). Για παράδειγμα, έχουν πλέον προτυποποιήσει τον τρόπο που θα γίνεται ο προϋπολογισμός για μια αποστολή και πώς θα παραλαμβάνονται οι απαιτήσεις της αποστολής, τα specs, από τον εκάστοτε "πελάτη" (πελάτες εδώ μπορούν να είναι πανεπιστήμια, ή άλλα τμήματα εντός της NASA).

Το δεύτερο κομμάτι της δουλειάς που έκανε η Team Xc η Αγγελική μου το περιέγραψε με ιδιαίτερο ενθουσιασμό. Ήταν η δημιουργία μιας components database. Γίνεται μια προσπάθεια να συγκροτηθεί μια λίστα με όλα τα "κομμάτια" που πέταξαν με πετυχημένες αποστολές cubesats, ώστε να κερδίζεται χρόνος κατά τον σχεδιασμό μιας καινούριας αποστολής -η ομάδα θα μπορεί να συναρμολογεί μεγάλο μέρος του δορυφόρου από έτοιμα κομμάτια, ακριβή αντίγραφα άλλων ήδη δοκιμασμένων σε προηγούμενες αποστολές.  

postits

Πολλοί άνθρωποι, βεβαίως, δεν ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για αυτά τα πράγματα. Μπορεί το διάστημα γενικώς και αορίστως να ασκεί μια σχεδόν πρωτόγονη γοητεία στο συλλογικό ασυνείδητο του γενικού πληθυσμού, όμως υπάρχει ένα όριο στο πόσα λεφτά μπορούν να ξοδέψουν οι κυβερνήσεις για τέτοιου είδους αποστολές, ειδικά σε μια εποχή που τα λεφτά δεν είναι κάτι που περισσεύει. 

"Α, δεν ανησυχώ καθόλου" μου είπε η Αγγελική για το θέμα. "Σαν ανθρωπότητα όχι απλά ασχολούμαστε με το διάστημα, αλλά αυτή τη στιγμή συμβαίνει και μια παγκοσμιοποίηση του space exploration. Πλέον έχει space program μέχρι και η Νιγηρία. Και βεβαίως η Ινδία, αλλά και όλες οι ανερχόμενες χώρες γενικά. Και επιπλέον όλης αυτής της δραστηριότητας, έχουμε και τον ιδιωτικό τομέα. Επίσης φαίνεται πως όσοι τα λένε αυτά δεν έχουν καταλάβει ότι το διάστημα δεν είναι μόνο να στείλω τους αστροναύτες στον ISS, ή το rover στον Άρη. Αλλά χάρη στο διάστημα έχεις τώρα ίντερνετ, ξέρεις πότε θα χτυπήσει ο τυφώνας στην τάδε πολιτεία της Αμερικής, έχεις GPS και navigation στα αυτοκίνητα και τα πλοία, τηλεπικοινωνίες, τα πάντα. Το πόσο εξαρτόμαστε από το διάστημα και τις εφαρμογές της διαστημικής τεχνολογίας δεν το συνειδητοποιεί ο κόσμος, αλλά μιλάμε πλέον για ένα αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινότητας. Δεν υπάρχει ανθρωπότητα στον 21ο αιώνα χωρίς space applications!"

angeliki-curiosity

* Το "κυβοδορυφόροι" είναι αυτοσχέδια και λίγο αδέξια μετάφραση του cubesats. Δεν υπάρχει καθιερωμένος δόκιμος όρος, και προβληματιστήκαμε  με την Αγγελική να βρούμε κάτι καλό. Τελικά ο όρος cubesats είναι ο πρώτος από τους κάμποσους πρακτικά αμετάφραστους αυτού του ποστ. Οπότε αν κάποιος έχει να προτείνει δόκιμες ελληνικές αποδόσεις για τα concurrent engineering, cubesats, κλπ, ας μη διστάσει να το κάνει στα σχόλια.

Οι περισσότερες φωτογραφίες του ποστ είναι από το καταπληκτικό Flickr της Αγγελικής. Μπες να δεις και άλλες, έχει αρκετές φοβερές.

ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ: