USB для заправки супутників. Як українці перемогли в NASA Space Apps Challenge серед 4 тисяч команд
Універсальний космічний конектор для заправки супутників. Саме з цим проєктом українська команда FireWay здобула перемогу в NASA Space Apps Challenge 2020 (номінація — Best Use of Technology). 26 тисяч учасників з майже 150 країн — такі цифри останнього хакатону космічного агентства США. Ми поспілкувалися з членом команди, Full Stack Developer Романом Малькевичем, який розповів, як конектор від FireWay може зекономити мільйони доларів і збільшити термін експлуатації космічних апаратів.
Роман Малькевич
Стали першими серед майже 4000 команд
— Очікували, що ваш проєкт переможе?
Деякі члени команди очікували, деякі — ні. Спочатку ми просто вирішили взяти участь у хакатоні, не було думок про перемогу. Але коли пройшли перший етап, нас відібрали в топ-300, подумали: «О, щось може бути...». До того ж там 6 категорій, тобто вірогідність перемоги 1 до 50, а це вже доволі великі шанси.
Коли ж залишилося лише 40 команд у тих самих 6 категоріях, упевненість зміцніла. Бо ми вже могли спокійно проаналізувати конкурентів. Подивилися інші проєкти в категорії та зрозуміли, що учасники зробили не дуже багато порівняно з нами. В інших були відео, презентації, анімація, але не було прототипу. А в нас він був плюс набагато більше презентацій. Анімації були продумані з погляду фізики, бо в нашу команду входила астрофізикиня Олена Компанієць. Наші ж конкуренти не сильно потоваришували з фізикою. Вони, як і всі ентузіасти, щось вигадали, а як воно працюватиме, не особливо продумали. Що там говорити, раніше я робив так само (вчетверте беру участь у хакатоні NASA). Теж міг щось фантастичне придумати, але воно з реальністю не надто поєднувалося. Отже, на останньому етапі ми таки зрозуміли, що у нас великі шанси виграти. Але ми не говорили: «Все, ми переможці»...
— Ви вже почали про це говорити, але розкажіть докладніше, як саме проходить хакатон? Які є етапи?
Хакатон завжди триває 48 годин, проходить у вихідні та онлайн. Це було так навіть до ковіду. NASA обирає локальних лідерів. Одне місто — один лідер, де збираються команди. Тобто в Києві не може бути два осередки, тільки один. Наприклад, у Дніпрі хакатон організовувала Noosphere.
Але цього року не збирали багато команд в одному місці, ми всі були онлайн. Всі члени FireWay прийшли в нашу майстерню. Не було тільки мене: моя дівчина захворіла, і я подумав, що в неї може бути коронавірус. Так потім і виявилося, тому добре, що я залишився вдома. У деяких командах всі були дистанційно, в інших половина — разом, половина — віддалено.
Рівень організації залежить від локального лідера та його команди. Саме ці люди відповідають за те, чи будуть серед журі та менторів спеціалісти зі сфери космосу, інженери, бізнесмени. NASA з цим ніяк не допомагає.
Ще до хакатону ми знали, що будемо робити, бо теми оголошують за кілька тижнів до початку. Тому не витрачали багато часу на продумування, з чого починати. Відразу стали майструвати, створювати моделі конектора і потім його друкували на 3D-принтері. Інша частина команди готувала презентацію, анімації та опис проєкту й аналіз бізнес-складової.
Процес створення конектора в нашій майстерні
У нас було кілька дзвінків у Zoom з менторами, які вплинули на деякі рішення. До прикладу, на дренажну систему, яка б мала відводити паливо від конектора після закінчення заправки супутника. У цьому нам допоміг Олександр Буткалюк з Mars Hopper, яка була першою українською командою-переможницею хакатону NASA.
У кінці хакатону ми представляли проєкт українському журі. Журі спробувало закидати нас складними питаннями з фізики та інженерії, але ми були готові до них. Олена Компанієць чудово впоралася з відповідями. Після вдалого захисту журі оголосило дві команди, які перемогли на локальному етапі. Ми були однією з них.
Щоб потрапити на глобальний відбір, потрібно підготувати опис і зняти коротке відео англійською мовою про проєкт. Ми взялися за це відразу після закінчення локального етапу. Завантажили відео на YouTube і стали чекати.
Після цього етапу проєкти оцінює журі, в яке входять представники NASA й інших космічних агентств: ESA (європейське), CSA (канадське), JAXA (японське), CNES (французьке). Як я розумію, вони розсилають задачі різним людям, ті їх перевіряють і відсортовують. А потім уже є кілька етапів відбору, спочатку топ-300, потім — 40.
Цікаво, що ми довго чекали останні результати. У грудні ми потрапили до 40 найкращих, а потім понад місяць журі не оголошувало переможців. Я майже щодня заходив на сайт, усі ми заходили: «Ну коли ж воно там буде?».
Загалом про результати кожного етапу повідомлять через e-mail. Надходить лист: «Вітаємо, ви пройшли в такий-то етап». Ми такі: «Круто!». Потім наступне повідомлення: «Ви — в топ-40». Ми такі: «Круто!». Останній лист про те, що ми виграли, надійшов о 23:30. Я якраз закривав робочі питання: у стартапі постійно щось горить. Тож перший побачив повідомлення на пошті й написав усім. Скільки галасу було ☺
— З якою метою NASA проводить цей конкурс? І чому так багато людей беруть у ньому участь?
NASA проводить конкурс передусім для популяризації космосу та технологій серед різних верств населення. Але, звісно, буває й таке, що люди, які ніколи не працювали в космічних компаніях, придумують ідеї, які чомусь не виникали у тих, хто пів століття працює у сфері. Думаю, вони зацікавлені в thinking out of the box.
Серед учасників чимало ентузіастів, яких просто цікавить космос. Це архітектори, математики, програмісти, інженери, хіміки, генетики, біологи, дизайнери, візіонери, копірайтери, відеомонтажники, аніматори, звичайні школярі... Любителям космосу подобається робота NASA, і багато хто хоче асоціювати себе з космічним агентством. Це як фанати «Барси» чи «Динамо». Фанати космічних технологій з трепетом стежать за посадкою марсоходів Curiosity, Persevarence на Марс чи збором зразків з астероїда Bennu.
У повсякденному житті складно знайти людей, яких цікавить космос. А на хакатоні ти як риба у воді. Звісно, коли це все відбувається онлайн, то уже немає змоги поговорити з багатьма.
— У якому вигляді проєкт треба подавати на конкурс? Участь безкоштовна і доступна для всіх охочих чи є якісь обмеження?
Проєкти можуть бути дуже різними, тому вимоги не надто чіткі. До прикладу, це може бути анімація про еволюцію Сонячної системи, гра зі збирання космічного сміття, житло на Марсі, спосіб прибирання пилюки з костюма космонавта. Тому результат роботи подається в кожному конкретному випадку по-різному. Звісно, бажано мати опис, відео, прототип, анімації — і що більше, то краще.
Конкурс безплатний, в ньому може взяти участь будь-хто. Немає обмежень за професією чи віком. Маєш команду або хочеш знайти команду — поспішай на хакатон.
USB для космосу
— Поговорімо про сам проєкт. Яку проблему він має вирішувати?
Нині є багато супутників, але вони не заправляються. Коли їх створювали, не було закладено функціональності для продовження їх життя. У них закінчується паливо, і вони відправляються на захоронення. Це за геостаціонарною орбітою, подалі від нашої планети, де вони будуть літати тисячі років і створювати купу космічного сміття. Або їх відсилають на Землю — і вони згорають в атмосфері. Якщо ж від супутників щось залишається, це падає в спеціальну зону в Тихому океані.
Технології заправлення геостаціонарних супутників не існувало з кількох причин. По-перше, вони довго працюють на орбіті —
На сьогодні вже були спроби заправки в космосі, але вони робилися на тих супутниках, які взагалі не призначені для цього. Так, супутник пропрацював 15 років і команда подумала: «А спробуймо його заправити». Для цього вони створили інший супутник, дуже складний, з різними інструментами для того, щоб під’єднатися до супутника, який на орбіті потребує дозаправки. Щоб виконати цю операцію, потрібно відрізати дроти, щось там відклепати, заклепати, приєднатися до супутника і вже потім його заправити. Незаконне втручання, скажу я словами зі свого колишнього юридичного досвіду. Бо той супутник не був призначений для того, щоб його так розколупували.
— Коли і як виникла ідея вашого проєкту?
Ми вирішили взяти участь у NASA Space Apps Challenge, тому просто зібралися та розглядали всі категорії. Спочатку натрапили на категорію про пожежі й ліси, вже почали розробляти план, як будемо стежити за пожежами на Землі. Але я помітив, що ця категорія пов’язана суто з даними, а в нашій команді дата-саєнтистів не було. Тому я запропонував заглянути в категорії Assembling in Space, тобто складання космічних апаратів у космосі.
Коли ми цю ідею розглядали, то міркували про те, що можна придумати механізм, який би допоміг легко складати космічну станцію у космосі, під’єднувати всі модулі, передавати електроенергію між ними, їх заправляти, передавати рідини між елементами станції... Ми дивилися відео про різні з’єднання і знайшли ролик про ту саму заправку супутника. Це нас вразило: хтось спеціально створив супутник, який буде заправляти інший супутник, який узагалі не призначений для цього.... Це ж повний капець! Потім згадали про «Франческу» Доржа Бату, корекцію орбіт, розговорилися і подумали: «А можна зробити так, щоб супутники були зразу спроєктовані для дозаправки». Згодом намагалися з’ясувати, кому саме це спало на думку, але так і визначили, бо ідея виникла під час брейншторму.
Отже, наша ідея полягала в тому, щоб функція дозаправки була закладена з самого початку проєктування. Це як USB, який є в кожному комп’ютері. Всі користуються ним, розуміють, як під’єднати кабель, ніхто не розбирає комп’ютер, щоб припаятися до нього і передавати інформацію. Ми подумали: «Чому б не створити USB для космосу?». Наш винахід навіть називається схоже — USC (universal space connector).
— Як розробляли ідею?
Ми два тижні її опрацьовували, вдосконалювали, читали багато наукової літератури. Наприклад, статті про види палива. Також потрібно було вирішити, які супутники заправляти. Бо є маленькі супутники, які літають близько до Землі. Вони важать кілограми, десятки кілограмів і розміщуються на низьких орбітах
А є великі телекомунікаційні та GPS-супутники, які перебувають на геостаціонарній орбіті, а це майже 36 тисяч кілометрів над поверхнею Землі. Вони дорогі та можуть літати дуже довго, тому саме їх доцільно заправляти. Вони розміщені там, де вже нема залишків атмосфери Землі, тому такі супутники гальмуватися ніяк не будуть. Але на них впливає гравітація Місяця, через що вони з часом трошки змінюють свою орбіту. Для цього є окремі двигуни, щоб супутники постійно корегували траєкторію, уникали зіткнень з астероїдами, метеоритами, іншими супутниками та не збивалися з орбіти й у людей на Землі було телебачення, нормальний GPS тощо.
Під час досліджень ми з’ясували, що нові супутники працюють на двох видах палива. Одне паливо для двигунів, які призначені для того, щоб корегувати орбіту та швидко робити маневр, коли можливі зіткнення з астероїдом або іншим супутником. Інше — для іонних двигунів. Вони працюють на іонному газі, їхня сила маленька, але вони класні, можуть функціонувати дуже довго. Відповідно ми продумали, щоб наш конектор працював щонайменше на двох видах палива.
Схема передачі рідин і електрики
Тестування конектора на різні види рідин. Так ми показуємо, що рідини проходять туди, куди потрібно, та не змішуються
Читали про місії, які були призначені для досліджень заправки супутників. NASA почала цим серйозно займатися близько 20 років тому через свої Robotic Refueling Missions.
Попри те, що ми заздалегідь підготувалися і в кожного було своє завдання, як зазвичай буває, ми робили все в останній момент на хакатоні.
— Яким є проєкт на цей момент?
Це пластиковий прототип, надрукований на 3D-принтері, і комп’ютерні моделі. Є мінімальні дослідження, але тут роботи непочатий край. Поки що ми уявляємо собі цей пристрій так: одна частина буде вбудована в супутник, а інша — в заправній станції. Ми не впевнені, чи обов’язково нам створювати заправну станцію. Будемо далі досліджувати.
Команда FireWay
— Хто входить у команду?
Команда FireWay — це 6 людей. Кирило Андрієць, експерт з 3D-друку та інженер з авіа-, робототехніки, випускник ФІТ КНУ ім. Шевченка. Дмитро Іванник, розробник електроніки та програміст. Максим Копистко, випускник бізнес-школи Self-Made School і школи тренерів «Освітній хаб». Іван Гришко, інженер-конструктор, випускник радіотехнічного факультету КПІ ім. Сікорського. Олена Компанієць, випускниця фізичного факультету КНУ ім. Шевченка, нині молодша наукова співробітниця головної астрономічної обсерваторії НАН України. Та я — Роман Малькевич, випускник UNIT Factory та програміст у Datrics.ai, раніше юрист і випускник Національної юридичної академії імені Ярослава Мудрого.
Наша команда після локальної перемоги в Дніпрі з нагородами від Noospherе (Іван, Максим, Олена, я, Кирило, на моніторі — Дмитро)
— Хто чим займався у проєкті?
Ми подумали, що дуже важливо зробити прототип, бо всі люблять бачити матеріальне втілення. Хоча це необов’язково. Наприклад, може бути завдання створити космічного героя — це буде просто гарна картинка. Або треба проаналізувати дані з дослідження чорної діри в центрі нашої галактики. Тоді результатом буде візуалізація даних.
Іван Гришко добре розбирається в моделюванні, вміє малювати 3D-моделі, тому він створив гарні анімації та модель USC, яку ми надрукували на 3D-принтері. Цим уже займався Кирило Андрієць, бо в нього була майстерня, де він ремонтував дрони та друкував 3D-деталі для них.
Дмитро Іванник теж допомагав з конструкцією конектора. Макс займався більше менеджментом, дивився, щоб ми вклалися у термін. Кота приніс, щоб нам не нудно було :) Олена — астрофізикиня, вона аналізувала матеріали, паливо, як воно все буде працювати в космосі з погляду фізики. Також робила частину опису проєкту. Я консультував із хакатону, бо брав участь уже вчетверте, аналізував бізнес-складову: що на цьому можна заробити. Описував економічну частину проєкту. Коли люди бачать, що ми пропонуємо зекономити
Максим і кіт, який піднімав командний дух
— Чи пов’язана особисто ваша основна діяльність з космічними технологіями?
Перша згадка про космос у моєму житті пов’язана з тим, що мені мама подарувала велику шкільну енциклопедію. Думаю, така була чимало в кого у дитинстві. Мені там подобалося багато розділів: про археологію, динозаврів... Але частина про космос була найулюбленішою. Потім мені купили ще кілька книжок про космос.
У школі в мене добре складалося і з гуманітарними, і з природничими науками, я не знав, куди вступати... І пішов на юриста. Довчився, пропрацював два роки. На той час мій брат став програмістом, я побачив, що це прикольно і ще на цьому гроші заробляють — і вирішив теж піти в IT. Вступив в UNIT Factory.
Але про NASA Space Apps Challenge я дізнався ще раніше, коли українська команда Mars Hopper виграла в номінації People’s Choice з прототипом безпілотного автоматизованого літака для дослідження Марса. Нині цієї номінації вже нема, бо її дискредитували. Наприклад, в Індії робили так: перед університетом ставили стіл із закликом: «Голосуйте за наш проєкт». Там могла бути якась фігня, тобто не мало значення, чи цікавий проєкт — просто люди голосували. Тому цю категорію прибрали.
Але тоді я відвідав презентацію Mars Hopper і дуже надихнувся: «Ого, класно, чуваки, які навіть не працюють у сфері космосу, просто ентузіасти-програмісти виграли хакатон NASA!». До речі, у складі Mars Hopper була донька Олександра Буткалюка, вона придумала ідею із замерзлим вуглекислим газом, використанням його як палива. Здається, їй тоді було 11 років.
Тому наступного року, коли я вже почав вчитися в UNIT Factory, спробував сам взяти участь у NASA Space Apps Challenge. У мене не особливо вийшло. І потім наступні два рази приблизно так само :) Але понабивав гулі, став більше читати, розбиратися. Думаю, невдачі були через те, що в моїх командах не було дизайнерів, моделерів, аніматорів. На таких хакатонах зазвичай легко знайти інженерів чи науковців. Але ідею треба й гарно оформити. Тому мати в команді Unity3D-розробників, 3D-моделерів, дизайнерів, художників класно. Крім того, важливо знати, що хочеш робити, ще до початку хакатону, інакше можна витратити багато часу на пошук ідеї. І не варто шукати ідеальну ідею та потім вилизувати її. Треба почати реалізовувати достатньо хорошу ідею, бо часу мало. Звісно, багато чого вирішує і злагоджена командна робота.
З основною частиною команди FireWay я познайомився два роки тому. Кирило, Іван і Дмитро робили ракети, і мені якось написав Ваня Гришко: «Долучайся до нашої групи у фейсбуці. Якщо чимось зможеш допомогти, пиши». Я відповів, що я програміст, пишу front-end, back-end, хотів би допомогти, але не знаю як. Тоді Ваня сказав, що можна зробити вебінтерфейс, де будуть показуватися різні показники з ракети. Таким чином я до них приєднався. А вже за два тижні до події до нас долучилися Олена та Макс.
На цьому хакатоні мені програмувати нічого не довелося. Тут взагалі були проєкти, в яких не треба робити нічого технічного, інженерного. Можна було просто змонтувати відео і виграти. Навіть є така категорія. Ми ж хотіли створити й фізичну модель.
Що дає перемога у NASA Space Apps Challenge
— Ви згадали на початку інтерв’ю про конкурентів. Чи цікавилися ви іншими проєктами, особливо у вашій категорії? А хто переміг торік у номінації Best Use of Technology?
Уже минуло більш як два місяці, тому складно згадати. Точно пам’ятаю, що був проєкт, який теж пов’язаний зі з’єднанням. Але там не було передачі палива, електрики. Вони намалювали дві коробки, модулі, що з’єднуються за допомогою спірального гачка. Нібито береш шуруп і закручуєш його в гайку. Вони щось схоже зробили з коробками: в одній — вхід, в іншій — спіраль. Я подивився: начебто прикольно, але... вони нам не конкуренти, бо це мало дивний вигляд. Серед усіх інших проєктів я не помітив чогось особливого і водночас простого й такого, щоб насправді могло принести користь у майбутньому.
У минулому хакатоні такої категорії не було. Частково номінації змінюються щороку. У 2019 році була категорія, схожа на нашу — Best Use of Hardware. Там переможці придумали, як збирати сміття в океані. Тобто не про космос, а про порятунок Землі.
— Скільки разів українці ставали переможцями NASA Space Apps Challenge?
Двічі за весь час цього хакатону. Mars Hopper та ми, FireWay.
— Що дає перемога у хакатоні?
Якогось призу нема, але раніше переможці могли відвідати NASA. Цього року ми не поїдемо через пандемію — буде віртуальне нагородження. Але я спілкувався з працівницею NASA, вона сказала, що коли пандемія закінчиться або ситуація хоча б поліпшиться, вони можуть дати запрошення. Щоправда, вони не оплачують поїздку. Тому нам потрібно знайти грант чи спонсора, бо у нас немає необхідних коштів. Квитки, тиждень проживання там тощо — усе це дорого.
— Це пізнавальна чи навчальна поїздка?
Я спілкувався з учасником Mars Hopper. Він розказував, що у них були різні екскурсії, семінари, лекції від працівників NASA. Також вони потрапили на запуск ракети.
Плюс цієї перемоги — увага ЗМІ. Про нас вийшло багато публікацій, ТСН зняли сюжет. Таким чином інші можуть надихнутися нашим прикладом. Бо це ж круто, коли виграє команда з України. До того ж люди, які не працюють з космічними технологіями, просто ентузіасти. Серед нас єдиний науковець — Олена, до речі, вона пише роботу про взаємодію чорних дір.
— Як NASA прокоментували проєкт? Можливо, зазначили переваги, недоліки? Запропонували допомогу в реалізації чи щось подібне?
Поки ніяк. У березні має бути віртуальне святкування нашої перемоги. Ми очікуємо, що там отримаємо коментарі, зауваження і пропозиції щодо проєкту. NASA просто так нікому не допомагає, але проводить тендери й уже на основі них обирає компанії, які будуть реалізовувати для них технології чи виконувати місії.
Тут ми нарешті вперше зібралися усі разом в NAU HUB, де проводили YouTube stream і розповідали про шлях до перемоги
Про розвиток проєкту
— Чи будете ви розвивати проєкт? Є шанс його втілити?
У команди є зацікавленість далі працювати над проєктом. Але насамперед треба зрозуміти, чому схожу конструкцію досі не зробили. Тож ми плануємо добре дослідити цю тему, ознайомитися з матеріалами, які є в інтернеті. Якщо ми з’ясуємо це, то можна далі успішно займатися конектором, вдосконалювати його. Треба бути готовими й до того, що якщо наш USC імплементують в життя, він може змінитися до невпізнання.
До речі, до нас уже навіть зверталися люди, які б хотіли займатися цим проєктом разом.
— Це спонсори чи технічні спеціалісти?
Були й інженери, які цікавилися, і бізнесмен — людина, яка вже має космічні стартапи. Але поки що деталі не буду розкривати.
— В описі проєкту сказано, що конектор у майбутньому «полегшить процеси колонізації нашої Сонячної системи» — як саме?
Дивіться, якщо у вас є автомобіль, ви можете на ньому нормально їздити. А якщо ви раптом не зможете його заправляти? Доведеться відправити авто на звалище. У космосі багато пристроїв, які працюють
Заправка космічних апаратів розширить економіку, з’являться компанії, які будуть займатися тільки цим напрямом. Наприклад, можна буде виробляти паливо на Місяці й відправляти ракетою до телескопа. Можливо, так буде навіть дешевше, тому що на Місяці гравітація набагато менша. Але сьогодні, коли немає простого механізму, дозаправка — це складно, дорого, невигідно.
Уявіть, що в космосі є різні астероїди: кам’яні, з металів, льоду. Той самий лід можна переробляти в паливо і використовувати його для заправки космічних апаратів. Чому б їм не бути кораблями, які будуть курсувати між Марсом і Землею? Зараз одним з найбільших бар’єрів, чому астероїди не розробляють і з них не добувають корисні копалини, є те, що апарати треба якось заправляти, а цієї «економіки» ще не існує.
— Ми переносили інтерв’ю через дзвінок з головою Державного космічного агентства України. Про що була розмова?
Поки нічого особливого. Провели зустріч, нас привітали та запросили на екскурсію в КБ «Південне». Буде можливість поспілкуватись з розробниками супутників. Можливо, отримаємо корисну інформацію і контакти для консалтингу. Якщо буде так, то це вже круто :) Навряд хтось буде виділяти на це кошти. Теперішні заводи фінансуються мінімально. Нам подарували лише футболки. Тому екскурсія — уже добре.
— Чи є поради чи побажання, які б ви хотіли дати? На що вас надихнула перемога у NASA Space Apps Challenge?
Я сказав би батькам, щоб вони не боялися давати дітям йти не на економіста або юриста, а туди, де їм справді цікаво. В інженерію, художку чи кудись іще. А, може, діти й не знають, що це їм цікаво. Тому треба давати можливість про це дізнатися. Нехай усе пробують: шахи, боротьбу, гурток авіамоделювання чи хімії. Нехай експериментують, читають фантастику. Багато відомих особистостей рекомендують це робити. Той самий Ілон Маск говорить: «Читайте фізику, читайте фантастику». Так людина починає думати про інакші речі.
