Интернет животных готов к запуску

июн. 20, 2019

ICARUS, амбициозный проект по крупномасштабному наблюдению за животными на базе Международной космической станции (МКС) готов к запуску.

Всемирно известный исследовательский проект осуществляется под руководством Института орнитологии им. Макса Планка (MPIO), расположенного в Радольфцелле на Боденском озере (Германия), в сотрудничестве с Аэрокосмическим центром Германии (DLR) и Роскосмосом, корпорации по космической деятельности Российской Федерации. Компания Rohde & Schwarz реализует беспроводную технологию для передатчиков, прикрепленных к животным.

Черные дрозды являются одними из животных, за которыми будет осуществлять наблюдение Институт Макса Планка с помощью системы ICARUS.

/

Черные дрозды являются одними из животных, за которыми будет осуществлять наблюдение Институт Макса Планка с помощью системы ICARUS.

Куда они летят?

Оснащение животных маленькими передатчиками уже давно стало возможным благодаря миниатюризации электроники и датчиков. Они позволяют удобно наблюдать за поведением животных, не вторгаясь в их жизненное пространство. Однако применяемые передатчики обеспечивали очень ограниченную дальность действия, потому что использовали технологию мобильной связи или простые методы аналоговой радиосвязи. В отличие от них, космическая система наблюдения ICARUS обладает глобальным охватом.

Она легко и с высоким разрешением отслеживает перемещения птиц и других мигрирующих животных, куда бы они ни направлялись, даже через континенты. Несмотря на то, что нам известно множество мигрирующих видов, и о том, куда они направляются, исследователи до сих пор не имели доступа к информации об их точных маршрутах, их поведении и условиях окружающей среды, с которыми они сталкиваются во время своих путешествий. Система ICARUS даст самые точные и актуальные ответы на эти вопросы.

Миссия ICARUS: спутниковые технологии на благо биологии.

/

Миссия ICARUS: спутниковые технологии на благо биологии.

Миссия ICARUS: спутниковые технологии на благо биологии

Центром системы ICARUS является Международная космическая станция (МКС). Она движется практически по круговой орбите. Таким образом, МКС проходит над более чем 90 процентами поверхности Земли каждый день. Благодаря низкой высоте орбиты около 400 км, она хорошо доступна для маломощных радиопередатчиков. Это навело партнеров проекта ICARUS на мысль использовать МКС в качестве удаленной станции для наблюдения за животными.

Однако при этом не было готовых, подходящих для данного случая технологий радиосвязи. Небольшая компания INRADIOS (теперь дочерняя компания Rohde & Schwarz), специализирующаяся на спутниковой радиосвязи, предложила решение этой проблемы. Совместно с со спин-офф компанией ICARUS Global Observation System (I-GOS) института MPIO, компанией SpaceTech и космическим агентством DLR компания INRADIOS разработала технологию радиосвязи, передатчики для животных, модуль обработки сигналов для МКС и наземные станции, которые способны принимать сигналы вместо МКС.

Передатчик для животных был разработан в сотрудничестве с Институтом Макса Планка и компанией I-GOS.

/

Передатчик для животных был разработан в сотрудничестве с Институтом Макса Планка и компанией I-GOS.

Метка для каждого животного

Передатчик (метка) для животных, изготовленный Rohde & Schwarz, приближается к пределам миниатюризации. Он настолько компактный (2 см²) и легкий (< 5 г), что его могут легко носить даже маленькие животные. Передатчик содержит процессор и память, приемник GPS, радиомодуль, аккумулятор, солнечную батарею и несколько датчиков для сбора данных об окружающей среде и движении. Это дает информацию о том, где находятся животные и об их перемещениях, а также о таких условиях окружающей среды, как температура, влажность и атмосферное давление.

Морская версия метки будет также водонепроницаемой, устойчивой к давлению и плавучей, т.е. такой, чтобы ее можно было устанавливать на морских существах. Ее крепление будет спроектировано таким образом, чтобы через некоторое время освободить метку, что позволит ей всплыть на поверхность и установить радиосвязь с МКС.

Этап 1 — Обновление орбиты МКС: метка находится в режиме энергосбережения (ожидания) и ждет, пока внутренний таймер разбудит ее в ожидаемое время прохождения над ней МКС.

Этап 2 — Обновление орбиты МКС: после пробуждения метка через короткие промежутки времени проверяет, принимается ли сигнал приема данных МКС.

Этап 3 — Обновление орбиты МКС: когда сигнал получен, метка извлекает текущие данные эфемерид и использует их вместе со своими собственными GPS-координатами для вычисления времени следующего интервала передачи. Затем, если не ведется регистрация данных, она возвращается в режим ожидания.

Аист — станции МКС: ответьте, пожалуйста

МКС действует как приемник данных, который получает данные от помеченных животных при прохождении над ними. Передача данных на МКС происходит в узких временных интервалах. Животные находятся в зоне действия радиосвязи всего 15 секунд в день. Эти временные интервалы должны быть точно предсказаны. Используя эфемеридные данные МКС, передаваемые ей через равные промежутки времени, метка рассчитывает временные интервалы и подготавливается к передаче и приему в заданные моменты времени. Большую часть своего времени метка проводит в режиме ожидания с низким энергопотреблением и пробуждается таймером только тогда, когда в соответствии с программой должны быть получены данные или установлена радиосвязь.

Этап 1 — Обновление орбиты МКС: метка находится в режиме энергосбережения (ожидания) и ждет, пока внутренний таймер разбудит ее в ожидаемое время прохождения над ней МКС.

/

Этап 2 — Обновление орбиты МКС: после пробуждения метка через короткие промежутки времени проверяет, принимается ли сигнал приема данных МКС.

/

Этап 3 — Обновление орбиты МКС: когда сигнал получен, метка извлекает текущие данные эфемерид и использует их вместе со своими собственными GPS-координатами для вычисления времени следующего интервала передачи. Затем, если не ведется регистрация данных, она возвращается в режим ожидания.

/

Этап 1 — Передача данных датчика: когда приближается временной интервал для возможной передачи на МКС, метка выходит из спящего режима. Выгрузка данных, которая занимает около 3 с, запускается случайным образом в пределах короткого интервала передачи около 15 с так, чтобы соседние метки не осуществляли одновременную передачу.

Этап 2 — Передача данных датчика: после выгрузки данных метка кратковременно переходит в режим приема на случай наличия для нее каких-либо последующих управляющих команд. МКС передает их метке только тогда, когда из недавно полученной выгрузки данных узнает, что метка находится в пределах ее досягаемости.

Этап 3 — Передача данных датчика: перед тем, как метка вернется в спящий режим, она вычисляет время следующего контакта. Таймер является одним из ключевых компонентов метки. Он пробуждает метку только в те моменты времени, когда требуется выполнить какое-либо действие, например, регистрацию данных датчика или подготовку к передаче данных.

Собираемые и передаваемые данные, а также интервалы для их сбора и передачи могут быть индивидуально определены для каждой метки. Как и для любого объекта в Интернете вещей, ICARUS позволяет осуществить индивидуальное обращение к каждому животному в Интернете животных. Для упрощения работы и поскольку, как правило, помечаются большие сообщества животных, метки могут быть организованы в группы и рассматриваться совместно.

Бортовой компьютер МКС накапливает полученные данные и передает связанные наборы данных на главную наземную станцию ICARUS, управляемую Роскосмосом. Наземная станция сохраняет данные и передает их в центр управления операциями в Германии, где они загружаются в центральную базу данных по адресу www.movebank.org.

Этап 1 — Передача данных датчика: когда приближается временной интервал для возможной передачи на МКС, метка выходит из спящего режима. Выгрузка данных, которая занимает около 3 с, запускается случайным образом в пределах короткого интервала передачи около 15 с так, чтобы соседние метки не осуществляли одновременную передачу.

/

Этап 2 — Передача данных датчика: после выгрузки данных метка кратковременно переходит в режим приема на случай наличия для нее каких-либо последующих управляющих команд. МКС передает их метке только тогда, когда из недавно полученной выгрузки данных узнает, что метка находится в пределах ее досягаемости.

/

Этап 3 — Передача данных датчика: перед тем, как метка вернется в спящий режим, она вычисляет время следующего контакта. Таймер является одним из ключевых компонентов метки. Он пробуждает метку только в те моменты времени, когда требуется выполнить какое-либо действие, например, регистрацию данных датчика или подготовку к передаче данных.

/

Профессор, доктор Мартин Викельски (Martin Wikelski), руководитель проекта ICARUS, исследует перемещения крыланов.

/

Профессор, доктор Мартин Викельски (Martin Wikelski), руководитель проекта ICARUS, исследует перемещения крыланов.

Большие ожидания, высокий спрос

Уникальные исследовательские возможности, которые ICARUS открывает для биологов, побудили ученых всего мира направить более 300 запросов в Институт орнитологии Макса Планка. MPIO предоставит утвержденным заявителям необходимое количество меток и будет иметь исключительное право использования собранных данных в течение трех лет, после чего данные станут общедоступными. У MPIO также есть несколько собственных проектов, находящихся в процессе разработки. Например, нынешний исследовательский проект по черным дроздам с помощью системы ICARUS будет выведен на новый уровень. Крыланы в Африке, которые в течение некоторого времени были в центре внимания, поскольку разносят семена и служат «собаками-ищейками» источников распространения вируса Эбола, могут отслеживаться именно благодаря системе ICARUS. Игнорируя букву «О» (орнитология) в своем названии, MPIO расширяет свои исследования за пределы мира птиц и запускает третий проект по оснащению метками альпийских горных козлов. ICARUS дает волю воображению биологов.

Фаза испытаний системы ICARUS с использованием наземных приемников успешно завершена. На МКС планируют запустить систему в эксплуатацию в конце июня 2019 года. Тогда Интернет животных начнет свою работу.

Regular operation planned for the fourth quarter

/

Regular operation planned for the fourth quarter

Since the ISS remote station was not available at first, the tags were tested together with ground radios also manufactured by Rohde & Schwarz. This operating mode is planned as an alternative. It has the advantage that significantly higher data rates can be achieved and data transmission takes place much more often than with the ISS passing over the tags. Scientists can conveniently carry out small-scale observations such as in the breeding area of a bird colony. A system test, including testing of the ISS on-board system, will be launched in July. The first attempt to switch on the system on July 10 failed due to cooling problems with the on-board computer, which should be resolved soon. If everything goes well, regular scientific operation will start by the end of the year.

Технология в действии

Three generations in the ice

For decades now, shortwave technology from Rohde & Schwarz has ensured communications between the Italian Antarctic research stations and their homes.

More information

Помощь уже в пути

В ЕС автомобильная служба экстренного вызова eCall была обязательной для всех новых моделей автомобилей с апреля 2018 года. Но у нее уже есть преемник.

Больше информации

Перезагрузка мобильного ТВ

После внедрения 5G старая идея может обрести новую жизнь: возможность просмотра телевидения на мобильных устройствах. Пилотный проект проверит ее осуществимость.