Niemiecki satelita zepsuł się na orbicie. Haker naprawił sprzęt z Ziemi

Beesat-1 to nanosatelita skonstruowany przez naukowców Uniwersytetu Technicznego w Berlinie (TU Berlin). Urządzenie zostało zaprojektowane w celu testowania nowoczesnych technologii mikroelektronicznych, takich jak precyzyjne układy nawigacyjne i sterujące. Satelita został wystrzelony na niską orbitę okołoziemską (LEO) 23 września 2009 r. jako część indyjskiej misji kosmicznej PSLV-C14. 

Dwa lata po wystrzeleniu satelity pojawiły się pierwsze problemy. W 2011 roku Beesat-1 zaczął przesyłać nieprawidłowe dane telemetryczne, co skłoniło operatorów do przełączenia sterowania na zapasowy komputer pokładowy. W 2013 roku awarii uległ również drugi komputer, co uniemożliwiło dalszą komunikację z urządzeniem. Operatorzy początkowo uznali, że główną przyczyną problemów było promieniowanie kosmiczne. Naukowcy nie mieli więc innego wyjścia, jak uznać satelitę za niesprawnego i zakończyć projekt. 

Mimo że tradycyjne metody naprawy zawiodły, satelita został w końcu przywrócony do działania dzięki eksperymentalnym działaniom hakera o pseudonimie PistonMiner. Szczegóły swojej pracy przedstawił podczas konferencji 38. Chaos Communications Congress (38C3) w Hamburgu.

Beesat-1 do komunikacji wykorzystuje dwa magistrale CAN, które są szeroko stosowane np. w samochodach. System komunikacji składa się z dwóch redundantnych linii, anteny, nadajnika-odbiornika oraz kontrolera węzła końcowego (TMC), który umożliwia transmisję danych z “zawrotną” prędkością 4,8 kbps.

Beesat-1 nie zalicza się do specjalnie potężnych urządzeń (PistonMiner porównał moc obliczeniową satelity do konsoli GameBoy Advance z 2001 r.). Komputer pokładowy, wyposażony w dwa redundantne mikroprocesory ARM-7 o taktowaniu 60 MHz, ma za zadanie zbierać dane, np. o systemie kontroli położenia, oraz wykonywać dość skomplikowane obliczenia. Oprócz tego przewidziano 16 MB pamięci, która teoretycznie pozwala na wgrywanie nowych wersji oprogramowania zdalnie, nawet po starcie. Dane telemetryczne są przechowywane w pamięci o pojemności 4 MB, a do tego dostępne są jeszcze 2 MB pamięci SRAM.

PistonMiner odkrył, że źródłem problemu był błąd w oprogramowaniu. Zauważył liczne zera w "pustych" ramkach danych telemetrycznych przesyłanych po marcu 2013 r., co naprowadziło go na funkcje zapisujące dane w pamięci flash. Głównym podejrzanym okazał się licznik uruchomień komputera pokładowego. Aby potwierdzić swoje przypuszczenia, stworzył testowy model satelity i przeprowadził na nim eksperymenty. 

Dzięki dostępowi do kodu źródłowego i binarnego oraz dokumentacji, PistonMiner wprowadził poprawki, testował komendy i zainstalował nowe oprogramowanie. Ostatecznie zmodyfikował system komunikacji, aby zminimalizować przerwy w transmisji, rozwiązując problem ograniczonej przepustowości. 

Poważnym problemem okazała się komunikacja z satelitą. Beesat-1, poruszając się z prędkością 7,5 km/s, potrzebuje 100 min. na okrążenie Ziemi. Komunikacja z satelitą jest możliwa przez maksymalnie 15 min. podczas każdego z 6 przelotów w ciągu doby, jednak w praktyce czas transmisji jest znacznie krótszy. Po wielu próbach haker zaktualizował oprogramowanie w satelicie, co pozwoliło przywrócić urządzenie do stanu fabrycznego. 

Beesat-1 jest ponownie dostępny do eksperymentów. Radioamatorzy mogą wykorzystywać satelitę do obsługi radiolatarni używanych w nawigacji i akcjach poszukiwawczo-ratowniczych, a także jako digipeater – automatyczną stację do przesyłania danych między dwoma radiostacjami. Przy okazji udało się też naprawić kamerę pokładową.

PistonMiner chce utrzymać satelitę „przy życiu” tak długo, jak to będzie możliwe. Haker twierdzi, że jego eksperymenty mogą być wzorem postępowania także z innymi satelitami, które uległy awarii po wystrzeleniu na orbitę.

foto na wejście: Adobe Stock