Inżynieria wymagań

Co by było, gdyby…

Co by było, gdyby urządzenia w kosmosie psuły się tak często jak nasza kuchenka mikrofalowa, pralka albo robot na linii produkcyjnej w fabryce?

Nietrudno się domyślić, że skutki byłyby bardzo niekorzystne, co najlepiej pokazuje prosty przykład liczbowy. W 2019 roku w Stanach Zjednoczonych sprzedano około 13 milionów kuchenek mikrofalowych, które średnio wymagają wymiany co 7–10 lat, oraz 10 milionów pralek, wymienianych przeciętnie co około 10 lat. Dla porównania, w sektorze kosmicznym skala jest zupełnie inna. Jedna z wiodących firm w branży, Satellogic, wysłała w swojej historii jedynie 21 satelitów, natomiast Maxar – zaledwie 4.

W przypadku awarii sprzętu domowego tracimy pewną ilość pieniędzy i sporo wygody. Natomiast w przypadku produktów kosmicznych straty są znacznie poważniejsze – tracimy ogromne środki finansowe, dane oraz lata pracy poświęcone na rozwój technologii. Co więcej, niesprawne obiekty kosmiczne pozostają na orbicie – naturalny proces ich deorbitacji z wyższych orbit LEO może trwać ponad 1000 lat. W rezultacie zamieniają się one w śmieci kosmiczne, które stanowią poważne zagrożenie dla innych satelitów i misji kosmicznych. Biorąc pod uwagę tę ogromną różnicę w skali potencjalnych strat, pojawia się kluczowe pytanie: jak zapobiegać poważnym problemom w projektach kosmicznych?

Najtrudniejszy etap to wyniesienie na orbitę.

Najbardziej skomplikowanym etapem w przypadku sprzętu kosmicznego jest sam proces wyniesienia na orbitę. Wysłanie czegokolwiek nawet na niską orbitę okołoziemską (LEO) wiąże się z latami przygotowań oraz ogromnymi nakładami finansowymi – i to dopiero początek wyzwań. Drugim, nie mniej wymagającym czynnikiem jest samo środowisko kosmiczne. Nieważkość, próżnia, ekstremalne warunki termiczne oraz szkodliwe promieniowanie sprawiają, że są to warunki zupełnie odmienne od tych panujących na Ziemi. Przykładowo, większość urządzeń wysyłanych w przestrzeń kosmiczną musi być zdolna do pracy w temperaturach w zakresie od około –100°C do +100°C.

Czy przestrzeń kosmiczna jest najbardziej wymagającym środowiskiem, dla którego człowiek buduje maszyny? Niekoniecznie. Na Ziemi istnieją miejsca, w których warunki są jeszcze bardziej nieprzyjazne. Przykładem może być dno oceanu – najgłębszy jego punkt, Rów Mariański, znajduje się na głębokości około 11 kilometrów poniżej poziomu morza, gdzie panują ogromne ciśnienia wymagające niezwykle zaawansowanych rozwiązań inżynieryjnych. Dlatego w projektach kosmicznych kluczowe znaczenie ma nowe, otwarte podejście – zarówno do samego projektu, jak i do definiowania wymagań, testowania instrumentów, tworzenia oprogramowania, a nawet sposobu zarządzania projektem. Przestrzeń kosmiczna podważa wiele oczywistych założeń, a działanie „na wyczucie”, niezależnie od etapu projektu, zazwyczaj przynosi więcej szkody niż pożytku.

Testy są najważniejsze

Statystycznie większość awarii pojawia się w pierwszym roku funkcjonowania urządzenia w przestrzeni kosmicznej. Przyczyny są różne – mogą mieć charakter elektroniczny, mechaniczny lub programowy. Około 17% przypadków stanowią jednak awarie określane jako „niezidentyfikowane”. Ponieważ branża kosmiczna nie jest miejscem, w którym można pozwolić sobie na uczenie się na własnych błędach, najważniejszym elementem każdego projektu kosmicznego są (a przynajmniej powinny być) dobrze zdefiniowane wymagania oraz szczegółowo przeprowadzone testy.

Wymagania (funkcjonalne, wydajnościowe lub projektowe) są w dużej mierze kształtowane przez warunki, w których urządzenie będzie pracować. Samo środowisko kosmiczne narzuca wiele z nich, a dodatkowo należy uwzględnić wymagania wynikające z charakteru samego ładunku użytecznego (payloadu). Nietrudno więc wyobrazić sobie, że lista wymagań dla satelity może liczyć wiele stron – i wbrew pozorom nie jest to nic złego. Wręcz przeciwnie: jest to oznaka dobrze rozpoznanego środowiska pracy oraz jasno zdefiniowanych wymagań projektowych. Na szczęście w tym procesie nie działamy sami. Możemy polegać na zewnętrznych recenzentach i ekspertach, którzy regularnie analizują i weryfikują wcześniej zdefiniowane wymagania. Dzięki temu możemy mieć pewność, że żaden istotny element projektu nie został pominięty.

Samo sporządzenie listy wymagań nie wystarczy, aby osiągnąć cel. Muszą one być nieustannie weryfikowane – podczas testów, kontroli, prób oraz inspekcji. Taki proces „trenowania” systemu pozwala nie tylko wykrywać błędy i uczyć się w trakcie realizacji projektu, ale również wprowadza porządek, eliminuje wiele obaw oraz umożliwia kompleksowe zarządzanie i ocenę ryzyka. Testowanie jest jednym z najważniejszych elementów każdego projektu kosmicznego. Niezależnie od tego, ile razy przetestujemy dany komponent, zawsze znajdzie się kolejny test do przeprowadzenia. Bez względu na to, ile scenariuszy przeanalizujemy, może wydarzyć się coś, czego nie byliśmy w stanie przewidzieć. Wszechświat wciąż potrafi nas zaskakiwać.