Inilunsad sa orbit ang perovskite solar cells at AI sakay ng CRIMSON-1 ng Singapore

Sinusubok ng 5 kg na satellite ang dalawang teknolohiya

Sinusubok ng CRIMSON-1 satellite ng Singapore ang mga flexible na perovskite solar cell at artificial intelligence sa layong humigit-kumulang 520 km mula sa Daigdig. Inilalagay nito ang dalawang teknolohiyang sinubukan sa laboratoryo sa isang kapaligirang mahigpit ang limitasyon sa kuryente, init at kapasidad ng komunikasyon. Tumitimbang ang spacecraft ng 5 kg, may sukat na 30 cm × 10 cm × 10 cm, at idinisenyo para sa misyong tatagal ng isang taon.

Inanunsyo ng Nanyang Technological University, Singapore (NTU) na inilunsad ang ika-14 nitong satellite sakay ng SpaceX Falcon 9 rocket sa misyon ng Transporter-18 mula sa Vandenberg Space Force Base sa California. Isinagawa ang paglulunsad noong Oktubre 1 sa California, na katumbas ng Oktubre 2 sa Singapore. Inilabas ang CRIMSON-1 mga 55 minuto matapos lumipad ang rocket, kasama ng 130 sasakyang pangkalawakan na dala nito.

May dalawang magkahiwalay na eksperimento ang misyon. Susukatin ng isa ang tibay at nalilikhang kuryente ng mga perovskite solar cell na binuo ng mga mananaliksik ng NTU at ng Singfilm Solar, isang kumpanyang nagmula sa National University of Singapore (NUS). Ipoproseso naman ng isa pa ang mga satellite image habang nasa spacecraft, upang subukan kung matutukoy ng AI ang kapaki-pakinabang na impormasyon bago ito ipadala sa Daigdig.

Mahalagang linawin na hindi ang mga eksperimental na perovskite cell ang pangunahing pinagmumulan ng kuryente ng satellite. Ang mga kumbensiyonal na gallium arsenide panel ang nagpapatakbo sa CRIMSON-1 habang sinusubok ang mga bagong cell kasabay ng mga ito. Nagbibigay ang paglulunsad ng pagkakataong mangalap ng ebidensiya; hindi nito pinatutunayan na handa nang pumalit ang perovskite sa kasalukuyang mga sistema ng kuryente ng spacecraft.

Sa anunsiyo ng misyon ng CRIMSON-1, sinabi ng NTU na susuriin ng mga mananaliksik ang paggana ng solar cell sa orbit, pati ang pamamahala ng init at konsumo ng kuryente ng sistema ng kompyuter sa ilalim ng mabibigat na gawain. Wala pang inilalabas na resulta mula sa mga eksperimentong ito.

Ano ang naiiba sa solar module?

Ang mga perovskite ay mga materyales na may partikular na estrukturang kristal at maaaring gamitin upang gawing kuryente ang sikat ng araw. Kaakit-akit ang mga ito dahil posibleng makagawa ng episyenteng solar cell na manipis, magaan at yari sa mga materyales na karaniwang makukuha. Para sa spacecraft, ang pagpapababa sa bigat ng sistema ng kuryente ay maaaring magbigay ng mas malaking kapasidad para sa iba pang kagamitan.

Flexible ang eksperimental na module ng Singfilm Solar at gawa ito sa napakanipis na salamin. Ayon kay NUS Assistant Professor Hou Yi, tagapagtatag ng kumpanya, unang paglipad sa kalawakan ng flexible na module na ito ang CRIMSON-1, at unang paglalagay din ito sa orbit ng solar module na gawa sa Singapore. Ayon sa NTU, ito rin ang unang paglipad sa kalawakan ng teknolohiya ng Singfilm.

Mahalagang pag-ibahin ang mga indibidwal na solar cell at ang module, na binubuo ng magkakaugnay na mga cell na idinisenyong gumana nang sama-sama. Nagpadala na ang NTU ng mga perovskite cell sakay ng ARCADE satellite nito noong 2023. Kaya hindi dapat ilarawan ang CRIMSON-1 bilang unang pagsubok ng unibersidad sa anumang perovskite cell sa kalawakan.

Pinapalawak ng bagong eksperimento ang naunang gawain tungo sa isang flexible na module at sa teknolohiyang binuo kasama ang Singfilm. Nakadepende ang halaga nito sa mga sukat na makukuha mula sa orbit, kabilang kung mapananatili ng module ang kapaki-pakinabang na antas ng nalilikhang kuryente matapos ilunsad at malantad nang matagal sa mga kondisyon sa kalawakan.

Kasinghalaga ng episyensiya ang tibay

Kailangang makapasa ang mga solar cell para sa kalawakan sa dalawang magkaibang pagsubok: ang mekanikal na puwersang dulot ng paglulunsad ng rocket at ang mga kondisyon ng operasyon pagkatapos nito. Susuriin ng CRIMSON-1 ang tibay ng materyal, episyensiya ng conversion at aktuwal na nalilikhang kuryente sa low Earth orbit.

Kabilang sa nakaplanong pagsusuri ang pagkakalantad sa radyasyon, vacuum at paulit-ulit na pagbabago ng temperatura. Ang thermal cycling ay ang paulit-ulit na pagbabago ng temperatura habang dumaraan ang spacecraft sa iba’t ibang kondisyon ng liwanag. Maaaring magdulot ng puwersa sa mga materyales at dugtungan ng mga ito ang gayong pagbabago, habang maaaring makaapekto ang radyasyon sa mga solar cell at elektronika.

Sinabi ni NTU Deputy President and Provost Professor Christian Wolfrum na dinadala ng misyon ang pananaliksik sa solar at AI computing sa kapaligirang kailangan upang malaman kung gumagana ang mga ito ayon sa inaasahan:

Mapatutunayan lamang ang mga teknolohiyang ito sa tunay na mga kondisyon sa kalawakan, at ito ang ginagawa ng satellite programme ng NTU sa loob ng tatlong dekada. Ika-14 naming misyon ang CRIMSON-1.

Nilalayon ng isang taong pagsubok na makapagbigay ng ebidensiya tungkol sa paggana ng teknolohiya sa paglipas ng panahon, sa halip na iisang sukat lamang kaagad matapos itong mailagay sa orbit. Wala pang inilalabas na numerikal na target ang NTU para sa katanggap-tanggap na output ng kuryente, pagbaba ng episyensiya o pagkasira ng materyal.

Kailangan pa ng ebidensiya mula sa orbit para mapatunayan ang pagtitipid

Malaki ang potensyal na pinansiyal na pakinabang ng perovskite, ngunit posibilidad pa lamang ito at hindi pa napatutunayang matitipid mula sa misyon. Iniulat na nagkakahalaga ng US$250 hanggang US$450 kada watt ang mga gallium arsenide solar cell na ginagamit sa kalawakan. Wala pang US$1 kada watt ang mga kumbensiyonal na silicon cell na ginagamit sa Daigdig.

Batay sa mga halagang ito, mahigit 250 hanggang 450 ulit ang iniulat na presyo ng gallium arsenide kumpara sa batayang halaga ng silicon. Ipinakikita ng paghahambing ang agwat sa presyo ng dalawang teknolohiya, ngunit hindi ito tuwirang paghahambing ng mga produktong magkapalit. Hindi pinatutunayan ng mababang presyo ng cell para sa gamit sa Daigdig na matutugunan nito ang mga pangangailangan ng spacecraft.

Wala pang inilalabas na presyo kada watt sa paggawa ng perovskite module na sakay ng CRIMSON-1. Kaya hindi pa maaaring gamitin ang misyon upang kalkulahin kung magkano ang matitipid ng isang satellite operator kapag ginamit ito. Mahalaga rin ang pagiging maaasahan, kapaki-pakinabang na output ng kuryente at mga gastos sa pagsasama nito sa sistema.

Iniulat ng Singfilm na umabot sa 22.6% ang episyensiya ng conversion ng kuryente ng isang perovskite solar panel noong 2024. Inilalarawan ng episyensiya ng conversion ang bahagdan ng sikat ng araw na nagiging kuryente. Nagbibigay ng konteksto ang bilang na ito sa gawaing pagpapaunlad ng kumpanya, ngunit hindi ito sukat mula sa orbit o iniulat na resulta ng payload ng CRIMSON-1.

Nagsimula noong 2013 ang pananaliksik ng NTU sa larangang ito, sa pamamagitan ng isang papel sa Science na nagpakitang kayang maglakbay nang di-karaniwang malayo ang mga kargang elektrikal sa mga perovskite na materyal. Nakatulong ang natuklasang ito upang maipaliwanag ang mataas na episyensiya ng mga ito sa solar power. Sumunod na nakatuon ang pananaliksik sa mas malalaking module at prototype upang mapahusay ang paggana at katatagan. Sinusubok ngayon ng CRIMSON-1 kung mapananatili ng teknolohiya ang mga kapaki-pakinabang na katangian nito sa labas ng laboratoryo.

Pipili ang AI ng mahahalagang larawan bago ipadala ang mga ito

Inilarawan ang CRIMSON-1 bilang unang nanosatellite ng Singapore na may AI. Susuriin at sasalain ng eksperimento sa kompyuter ang mga larawan habang nasa spacecraft, kabilang ang pagpili ng mga larawang walang takip na ulap at pagtukoy sa mga posibleng sunog sa kagubatan o pagtagas ng langis.

Ang edge AI ay pagproseso ng datos malapit sa pinanggagalingan nito sa halip na ipadala ang lahat ng hilaw na impormasyon sa isang malayong kompyuter. Sa kasong ito, ang satellite mismo ang nagsisilbing lugar ng pagproseso. Layunin nitong ipadala ang mahahalagang larawan o mga posibleng babala sa halip na ipadala ang bawat larawan upang suriin ng mga tao sa Daigdig.

Limitado ang kapasidad ng komunikasyon ng mga satellite. Maaaring mabawasan ng pagsala ng mga larawan sa orbit ang dami ng hilaw na datos na ipinadadala at ang manu-manong pag-uuri na kailangang gawin sa lupa. Sinusubok ng misyon ang paraang ito; hindi ito anunsiyo ng napatunayang serbisyo sa pagtukoy ng sakuna.

Wala pang inilalabas na datos tungkol sa katumpakan ng pagtukoy, dami ng maling babala o nasukat na pagbawas sa ipinadadalang datos. Hindi katumbas ng kumpirmadong pangyayari ang indikasyon ng AI tungkol sa posibleng sunog o pagtagas. Kailangan ang mga resulta ng eksperimento upang malaman kung sapat ang pagiging maaasahan ng mga pinipili nito para sa aktuwal na paggamit.

Nangangailangan din ng kuryente at pag-aalis ng init ang pagpoproseso

May kapalit ang pagproseso ng mga larawan sakay ng maliit na spacecraft. Maaaring makatipid sa kapasidad ng komunikasyon ang pagpapadala ng mas kaunting impormasyon sa Daigdig, ngunit kumokonsumo ng kuryente at lumilikha ng init ang pagpapatakbo ng AI. Susuriin ng mga mananaliksik ng CRIMSON-1 kung paano haharapin ng sistema ng kompyuter ang dalawang ito sa ilalim ng mabibigat na gawain.

Lalong mahalaga ang pamamahala ng init sa vacuum, kung saan hindi kayang magpalamig ng spacecraft sa pamamagitan ng nakapaligid na hangin gaya ng kompyuter sa Daigdig. Kailangang mailipat ng disenyo ang init sa mga estruktura nito at mailabas ito sa pamamagitan ng radyasyon. Makakatulong ang eksperimento upang malaman kung paano gagana sa gayong kapaligiran ang piniling hardware ng kompyuter.

Magkaugnay ang mga limitasyong pang-inhinyeriya na sinusuri ng mga pagsubok sa solar at kompyuter, bagaman magkahiwalay ang mga eksperimento. Mangangailangan ang mga susunod na spacecraft na gagamit ng mas maraming pagpoproseso sa loob ng sapat na sistema ng kuryente. Sinusubok ng CRIMSON-1 ang posibleng teknolohiya sa solar para sa hinaharap, ngunit mga subok nang panel ang nagsusuplay ng kuryenteng kailangan nito sa operasyon.

Itinuro ni Hou ang suplay ng solar power para sa mga satellite sa hinaharap at posibleng mga AI data centre sa kalawakan bilang mga larangang maaari pang tuklasin. Hindi isang aktuwal na AI data centre ang CRIMSON-1, at hindi rin pinatutunayan ng misyon na mapatatakbo ito ng perovskite module. Layunin nitong maghatid ng mga sukat na makatutulong sa mga susunod na disenyo.

Sino ang nagtayo, naglunsad at sumuporta sa misyon?

Pangunahing nangangasiwa sa misyon ang Satellite Research Centre ng NTU. Pinag-uugnay nito ang inhinyeriya ng spacecraft, paghahanda sa paglulunsad, pagkontrol sa misyon at operasyon sa orbit. Ayon sa NTU, nakipagtulungan ang mga mananaliksik nito sa launch integrator na Exolaunch, na naglaan ng puwang sa paglulunsad, pamamahala ng misyon, integrasyon at mga serbisyo sa paglalagay sa orbit. Inilagay sa orbit ang CRIMSON-1 gamit ang EXOpod Nova system ng Exolaunch.

Nagkakaiba ang mga ulat sa paglalarawan kung sino ang gumawa ng spacecraft. Ayon sa isang ulat, nagtayo nito ang kumpanyang Satoro Space ng Singapore, at isinama sa spacecraft ang teknolohiya ng AI ng NTU at ang mga eksperimental na solar cell. Iniuugnay naman ng isa pang ulat ang paggawa sa Satellite Research Centre ng NTU. Itinutukoy ng anunsiyo ng NTU ang sentro bilang nangunguna sa misyon at sinasabing lumahok ang mga lokal na katuwang mula sa industriya, ngunit hindi nito inilalarawan kung paano hinati ang gawain sa paggawa.

Sinuportahan ng Infocomm Media Development Authority (IMDA) ang misyon sa pamamagitan ng pagkuha ng satellite spectrum at mga mapagkukunan para sa orbit sa pamamagitan ng International Telecommunication Union. Tumutukoy ang spectrum sa mga frequency ng radyo na ginagamit sa komunikasyon ng satellite at mga istasyon sa Daigdig.

Kabilang sa rekord ng unibersidad ang paglulunsad noong 2011 ng X-SAT, ang unang satellite ng Singapore na itinayo roon. Inilunsad noong Hulyo 2023 ang ika-13 nitong misyon na VELOX-AM at, ayon sa NTU, natapos ang misyon nito at bumaba sa orbit noong Agosto 2026. Ipinagpapatuloy ng CRIMSON-1 ang programang ito ng paggawa, pagsubok at pagpapatakbo ng mga spacecraft.

Iniuugnay ng programa sa pagpopondo ng Singapore ang pagpapaunlad sa pagsubok sa kalawakan

Kabilang ang CRIMSON-1 sa mga unang proyektong sinuportahan ng National Space Agency of Singapore (NSAS) sa pamamagitan ng Space Access Programme. Bahagi ang programang ito ng Space Technology Development Programme, kung saan naglaan ang Singapore ng S$210 milyon mula 2022 para sa pananaliksik sa kalawakan at pagpapaunlad ng mga pambansang kakayahan.

Ayon sa pahina ng pamahalaan tungkol sa Space Technology Development Programme, na huling binago noong Marso 17, 2026, nakakuha ang Office for Space Technology and Industry ng karagdagang S$60 milyon noong 2024. Nakasulat doon na magpapatuloy ang STDP 2.0 mula 2025. Hindi sinasabi ng pahina na dapat idagdag muli ang S$60 milyon na ito sa S$210 milyon na binanggit para sa programa.

May tatlong kategorya ng pagpopondo ang programa: pagpapaunlad ng teknolohiya, pagpapatunay at pag-eeksperimento, at pagpasok sa kalawakan. Sinusuportahan ng huling kategorya ang mga pagsubok na nagtatatag ng flight heritage, o dokumentadong rekord ng paggana ng teknolohiya sa kalawakan. Kabilang sa mga halimbawang nakalista ang mga solar cell, advanced na materyales, sistema ng kompyuter at iba pang payload.

Maaaring mag-aplay ang mga lokal na unibersidad, institusyon ng pananaliksik at katuwang mula sa industriya. Kailangang humanap ng lokal na katuwang ang mga dayuhang entidad. Kabilang sa mga prayoridad ang remote sensing at komunikasyon ng satellite. Sinisiyasat din ng NSAS ang pagseserbisyo sa spacecraft habang nasa orbit, paggawa sa kalawakan at mga agham tungkol sa buhay sa kalawakan.

Para sa CRIMSON-1, ugnayan ng pananaliksik at posibleng komersiyal na paggamit ang flight heritage. Isang mahalagang hakbang ang matagumpay na paglulunsad. Ibang hakbang naman ang pagkakaroon ng ebidensiyang patuloy na gumagana sa mga kondisyon sa orbit ang module o sistema ng kompyuter, na maaaring suriin ng mga posibleng kostumer.

Mga hakbang ng misyon at mga susunod na mangyayari

Pinagsasama ng misyon ang mahigit isang dekada ng pananaliksik sa solar at pagpapaunlad ng satellite. Ipinakikita ng mahahalagang petsa ang pagsulong na ito:

• 2011: Inilunsad ang X-SAT, ang unang satellite ng Singapore na itinayo roon.
• 2013: Inilathala ng mga mananaliksik ng NTU sa Science ang mga natuklasan tungkol sa pagdaloy ng kargang elektrikal sa mga perovskite na materyal.
• Mula 2022: Naglaan ang Singapore ng S$210 milyon para sa Space Technology Development Programme.
• 2023: Nagpadala ang NTU ng mga perovskite cell sakay ng ARCADE; inilunsad ang VELOX-AM noong Hulyo.
• 2024: Iniulat ng Singfilm ang 22.6% na episyensiya ng conversion ng solar panel, at naglaan ang pamahalaan ng karagdagang S$60 milyon para sa pagpapaunlad ng teknolohiya sa kalawakan.
• Agosto 2026: Bumaba sa orbit ang VELOX-AM matapos makumpleto ang misyon nito, ayon sa NTU.
• Oktubre 1 sa California, Oktubre 2 sa Singapore: Inilunsad ang CRIMSON-1 para sa nakaplanong isang taong misyon.

Binanggit sa anunsiyo ng NTU ang araw at buwan ng paglulunsad ngunit hindi tahasang sinabi ang taon. Magkaiba ang petsang Oktubre 1 at Oktubre 2 dahil sa agwat ng oras sa California at Singapore, hindi dahil dalawang beses inilunsad ang satellite.

Ang susunod na mahalagang hakbang ay ang pagkuha ng datos tungkol sa paggana ng mga teknolohiya. Wala pang inanunsiyong petsa para sa unang paglalabas ng resulta o nailathalang iskedyul para sa pag-uulat ng paghina ng solar cell, katumpakan ng AI o konsumo ng kuryente ng sistema ng kompyuter.

Hiwalay dito, sinisiyasat ng NTU at ng kumpanyang Hapon na Fusic ang mga AI system na gagamitin sa lupa para sa pag-iskedyul ng misyon, paglalaan ng mga ground station, karaniwang operasyon at mas maagang pagtukoy ng mga teknikal na problema. Nakatuon ang gawaing iyon sa pamamahala ng satellite mula sa Daigdig, samantalang sinusubok naman ng CRIMSON-1 ang pagproseso ng larawan sakay ng spacecraft.

Mahahalagang Punto

• Ika-14 na satellite ng NTU ang CRIMSON-1, isang spacecraft na tumitimbang ng 5 kg at inilagay sa orbit na mga 520 km mula sa Daigdig.
• Tatagal nang isang taon ang nakaplanong misyon at susubukan nito ang mga perovskite solar cell at pagproseso ng larawan gamit ang AI.
• Ang mga gallium arsenide panel ang nagsusuplay ng pangunahing kuryente ng satellite; eksperimental na payload ang mga perovskite cell.
• Gumagamit ng napakanipis na salamin ang flexible na module ng Singfilm. Sinubukan na ng NTU ang mga perovskite cell sakay ng ARCADE noong 2023.
• Susukatin ng mga mananaliksik ang tibay at output ng solar cell, pati ang pamamahala ng init at paggamit ng kuryente ng sistema ng kompyuter.
• Sinusuportahan ng Space Access Programme ng Singapore ang misyon, bilang bahagi ng pangakong maglaan ng S$210 milyon para sa pagpapaunlad ng teknolohiya sa kalawakan mula 2022.
• Wala pang inilalabas na resulta ng paggana sa orbit o petsa ng unang paglalathala ng mga resulta.