Hlavní navigace

První slovenská družice už obíhá Zemi, postavit ji trvalo pět let, vypustit další tři

Petr Krčmář

Na začátku stál sen skupiny slovenských studentů: postavit vlastní družici, která by se opravdu dostala do vesmíru. Nakonec z toho bylo osm let intenzivní práce a útrap. Družice skCUBE ale vzlétla.

Na brněnské konferenci OpenAlt zazněla i netradiční přednáška o vesmíru a družicích. O to byla ovšem zajímavější, protože ukazuje reálné zkušenosti z osmi let vývoje a příprav na start první slovenské družice s názvem skCUBE.

Jakub Kapuš: jak postavit družici

Slovenská organizace pro vesmírné aktivity (SOSA) vzniklo v roce 2009 a hlavním cílem bylo Slovensko zapojit do evropských vesmírných struktur. Jsme všichni nadšenci do vesmíru a kosmických technologií a viděli jsme, že Česko je v tomto dál a my jsme chtěli taky jako studenti jít na stáže do ESA, ale měli jsme všude zavřené dveře. Problém v té době byl vůbec přesvědčit politiky, že mají na vesmírný výzkum vyčlenit peníze. Děláme vlastní experimenty, účastníme se konferencí a reprezentujeme Slovensko.

Balóny jako začátek

Velkým snem bylo vytvoření opravdové družice, která by se dostala do vesmíru. Věděli jsme hned, že ji do rakety nedostaneme, takže jsme chtěli vypustit družici na balónu do stratosféry, kde jsou podmínky už velmi podobné těm ve vesmíru. Do této chvíle už proběhlo 19 letů na hranici vesmíru. Naučili jsme se spoustu věcí o stavbě hardware, který musí vydržet vakuum a radiaci a neselhal.

Celou dobu letu je pak možné sledovat, získávat spoustu dat a spustit experimenty. Balón se postupně zvětšuje, jak klesá okolní tlak a nakonec praskne. Náklad pak přistává na padáku. Protože to je obvykle několik set kilometrů vzdušnou čarou, je součástí zařízení také mobilní telefon, který se přihlásí do sítě a pošle svou polohu.

Takový let ovšem není nijak levný, obvykle stojí několik tisíc eur. Nejdražší jsou plyny, ale je potřeba počítat další náklady. Chceme přejít z hélia na vodík, ale bojíme se toho. V plánu je posílat menší náklady do menších výšek, takové lety by mohly být výrazně levnější.

Stavba opravdové družice

Organizace ale stále měla v plánu vypustit vlastní skutečnou družici. Slovenská vláda po vyjednáváních vyčlenila peníze a podepsala přístupovou smlouvu. Vzniká tak družice skCUBE s rozměry 10×10×13,5 cm a hmotností 1056 gramů, tedy rozměry standardu CUBESAT. Dnes jsme schopni i do takto malého zařízení nacpat mnoho zajímavých technologií.

Původně byl standardní typ miniaturních družic CUBESAT určen pro školy, protože jejich vynesení je levné a umožňují studentům se naučit spoustu nových věcí. Zaujaly ale celý svět a dnes jsou jich ročně vynášeny stovky. Do deseti let by to měly být tisíce a jsou v plánu velké projekty sítí družic nebo také dvě družice pro Mars. Společnost Planet má na oběžné dráze stovku takových družic a je schopna neustále fotografovat Zemi.

Slováci se rozhodli, že nepoužijí žádné hotové řešení, ale postaví si vlastní družici. Uvnitř je palubní počítač, napájecí systém, komunikační systém, senzory a také samotné experimenty. Napájecí zdroj je velmi inteligentní, provádí desítky měření, hlídá odběr jednotlivých zařízení a v případě problémů může různé části odpojovat, aby udržel základní funkce družice.

Družice komunikuje na dvou pásmech: radioamatérském 437 MHz a 2,4 GHz pro rychlé datové přenosy. Pro natáčení družice se používají cívky schopné vytvořit magnetické pole, které se „opře“ o okolní magnetosféru. Hlavním experimentem je měření elektromagnetického pole okolo Země, kde je velmi zajímavá fyzika. Součástí mise jsou také radioamatérské aktivity jako vysílání morseovkou (CW), vysílání telemetrie pomocí AX.25, digirepeater AX.25 pro komunikaci na dlouhé vzdálenosti. Na 2,4 GHz testujeme vlastní komunikační protokol, na kterém zkoušíme například samoopravné kódy.

V družici běží vlastní operační systém RTOS, který je psán podle velmi přísných pravidel, aby nemohlo dojít k žádné chybě. Hodně jsme uvažovali nad tím, zda ho otevřeme nebo ne, zatím otevřený není. O použití systému projevily také další týmy, které je chtějí použít ve svých projektech.

Vývoj družice trval pět let, hodně věcí bylo potřeba dobře testovat a získat velké množství nových znalostí. To zařízení musí fungovat ve vesmíru velmi dlouhou dobu, nemáte představu, co všechno je potřeba zkoušet. O každém solárním panelu bych mohl mít hodinovou přednášku.

Do rakety

Poté přišel další úkol: najít raketu. To taky není sranda. Nakonec jsme se dohodli s jednou společností, která nám poslala seznam zkoušek, kterými musí družice projít. Na raketě totiž nejsme sami a nemůžeme riskovat explozi baterie, která by ohrozila let v ceně stovek milionů eur. Prováděly se teplotní a vibrační testy, zkoušky na centrifuze, testy radiační odolnosti a mnoho dalších.

Velkou součástí projektu bylo také řešení byrokracie. Říká se, že na jeden kilogram materiálu poslaného do vesmíru potřebujete deset kilogramů dokumentace. Bylo potřeba vyplnit celou řadu dokumentů a přihlásit se na různých úřadech. Narazili jsme i na to, že neexistoval národní registr vesmírných objektů. Sešli se k tomu zástupci ministerstev, byl to velký problém. Nakonec jedna paní úřednice založila nový soubor v excelu, napsala 001 a SKCUBE a dala uložit jako. Od té doby existuje slovenský národní registr vesmírných objektů.

Družice měla původně letět na konci roku 2015, ale nakonec raketa Falcon 9 při jiném letu vybuchla. Lety se zastavily, vyšetřovalo se to a pak jsme byli přesunuti na říjen 2016. Opět ale došlo k výbuchu, takže byl start opět odložen a pak znovu. To už nás mrzelo, protože se to odkládalo už tři roky. Ovšem u vesmírných letů je to normální.

Vědci ale dostali nabídku, že by se mohli přesunout na indickou raketu. Ta o rok dříve překonala rekord v počtu vynesených družic. Bylo opět potřeba projít byrokratickým kolečkem, které znovu trvalo několik měsíců. Naštěstí má naše družice standardizované rozměry, takže jsme nemuseli řešit změnu uchycení. Změnila se také orbita, místo plánovaných 700 kilometrů na 500.

Start nakonec proběhl 24. června 2017, vypuštěny byly tři velké družice a velká skupina malých kostek. Pak jsme s napětím čekali, jestli se nám družice ozve. Nemáte ani představu, co všechno se může pokazit. Nakonec nám jako první přijetí signálu potvrdil ruský radioamatér.

Družice stále obíhá, ale 15 dnů po startu se bohužel vyskytl vážný technický problém, který souvisí pravděpodobně s radiací. Vysílá, děláme experimenty, ale nemáme data ze všech přístrojů.

Pavel Šnajdr: OpenZFS: co je nového

Pavel Šnajdr je předsedou spolku vpsFree.cz, který provozuje vlastní infrastrukturu virtuálních serverů. Ty musíme někam ukládat a děláme to do ZFS. Nikde jinde data nemáme. Proto Šnajdr velmi pečlivě vývoj OpenZFS (a implementace ZFSonLinux) sleduje. Hlavní těžiště vývoje se dnes zaměřuje na Linux, zatímco dříve to byl Illumos.

Novinkou je ZFSonLinux verze 0.7.0, která přináší například řešení problémů s pamětí. Možná víte, že když jste ZFS používali dlouho, narazili jste na fragmentaci paměti a začala se vám zmenšovat keš, která už nikdy nedorostla. Uživatelská data se tedy přesunula mimo Slab a začaly se používat menší bloky paměti. Zmizel problém, když ZFS kešovalo méně než mohlo a tvrdilo, že došla paměť. Přitom bylo třeba 300 GB volných.

Další novinkou je komprimovaná ARC cache, která se hodí v případě, že máte komprimovaná data na disku. Když je kešujete, nemusíte je pak do paměti rozbalovat, ale můžete je nechat zkomprimovaná. Na moderních procesorech je možné využívat hardwarovou optimalizaci, která se využije například při vektorizaci RAID-Z. Přibyly také nové algoritmy pro kontrolní součty: SHA-512, Skein nebo Edon-R.

Přibyl také dnode accounting, který dovoluje omezit počet souborů nebo adresářů v jednom datasetu. Pokud totiž začnete vytvářet obrovské množství malých souborů, začnete extrémně vytěžovat dnode keš a disky pak nejsou dostupné ostatním uživatelům. Podle Šnajdra neexistuje příliš legitimních důvodů pro vytváření velkého množství malých souborů, obvykle je to způsobeno chybou. Proto je možné těmto problémům předejít a omezit počet objektů.

Nově je možné také posílat datasety po síti komprimovaně. Doposud se vývojáři snažili držet kompatibilitu s ostatními implementacemi ZFS, aby bylo možné data přijmout třeba na implementaci Oracle. Teď se od toho upustilo a jste schopni posílat po síti data komprimovaně. Zároveň je možné navázat na přerušený send, což dřív nešlo a bylo nutné začít posílat od začátku.

V provozu se hodí také podrobné statistické informace o tom, jak probíhá práce s jednotlivými disky a co se v poli děje. Odhalíte tak různé hardwarové problémy, protože si můžete všimnout, že třeba u některého disku trvá zápis deset sekund. To by se nemělo stávat.

ZFSonLinux také připravuje podporu nativního šifrování. Doposud bylo nutné šifrovat nad nebo pod ZFS pomocí nezávislé šifrovací vrstvy. To ale přináší výkonnostní problémy, protože pokud zapisujete v raidu na více disků, musíte pro každý z nich šifrovat zvlášť. Existuje už implementace šifrování přímo v ZFS, zatím ještě ale není součástí žádné verze. Správci to ale například umožňuje nahlížet do struktury dat, aniž by znal uživatelův klíč. K samotným datům ale přístup nemá. Další výhodou kombinace šifrování a souborového systému je, že je možné nad zašifrovanými bloky provádět deduplikaci.

Velkou připravovanou novinkou do verze 0.8.0 je declustered RAID. Větší pole s mnoha disky trpí velkou zátěží na některé disky, pokud dochází k obnově dat. Cílem je rozložit data přes více disků, aby se při obnově rovnoměrně zatěžovalo větší množství disků a zůstal tak výkon na další operace. Je to určeno pro opravdu hodně disků, aby to dávalo smysl. Pokud máte pole s méně než dvaceti disky, tak se vás declustered RAID vlastně netýká.

Souborovému systému ZFS se často vyčítá, že není možné odebrat vdev. Častou chybou správců je, že při vytváření pole vynechají informaci o RAID-Z a vytvoří pět polí s jedním diskem místo jednoho pole s pěti disky. S tím už se nedalo nic dělat. Co jednou ZFS schvátí, to už nenavrátí. Pracuje se ale na možnosti disk i dodatečně použít s tím, že se data přenesou do volného místa na poolu a původní disk se chová jako virtuální a ten fyzický je pak dostupný k dalšímu využití. Ale to je hodně horká novinka, předpokládám, že na ni budeme čekat roky.

Našli jste v článku chybu?