CRIMSON-1 Singapura Lancarkan Sel Suria Perovskit dan AI ke Orbit

Satelit 5kg menguji dua teknologi

Satelit CRIMSON-1 milik Singapura sedang menguji sel suria perovskit fleksibel dan kecerdasan buatan pada ketinggian kira-kira 520km di atas Bumi, membawa dua teknologi makmal ke persekitaran yang mempunyai kekangan ketat dari segi kuasa, haba dan kapasiti komunikasi. Kapal angkasa itu seberat 5kg, berukuran 30cm kali 10cm kali 10cm dan direka untuk misi selama setahun.

Nanyang Technological University, Singapore (NTU) mengumumkan bahawa satelitnya yang ke-14 dilancarkan menaiki roket SpaceX Falcon 9 dalam misi Transporter-18 dari Pangkalan Angkasa Vandenberg di California. Pelancaran berlangsung pada 1 Oktober di California, bersamaan 2 Oktober di Singapura. CRIMSON-1 dilepaskan kira-kira 55 minit selepas berlepas, antara 130 kenderaan angkasa yang dibawa oleh roket itu.

Misi ini mempunyai dua eksperimen yang berbeza. Satu eksperimen akan mengukur ketahanan dan output elektrik sel suria perovskit yang dibangunkan penyelidik NTU dan Singfilm Solar, sebuah syarikat terbitan National University of Singapore (NUS). Eksperimen satu lagi akan memproses imej satelit di dalam kapal angkasa itu, bagi menguji sama ada AI boleh mengenal pasti maklumat berguna sebelum imej dihantar ke Bumi.

Perbezaan pentingnya ialah sel perovskit eksperimen itu bukan sumber kuasa utama satelit. Panel galium arsenida konvensional membekalkan kuasa kepada CRIMSON-1 sementara sel baharu itu diuji bersama panel berkenaan. Pelancaran eksperimen ini membuka peluang untuk mengumpul bukti, bukannya membuktikan bahawa perovskit sudah bersedia menggantikan sistem kuasa kapal angkasa sedia ada.

Dalam pengumuman misi CRIMSON-1, NTU menyatakan penyelidik akan meneliti prestasi solar di orbit serta pengurusan haba dan penggunaan kuasa sistem pengkomputeran ketika menjalankan beban kerja berat. Setakat ini, belum ada keputusan eksperimen yang diumumkan.

Apakah kelainan modul solar ini?

Perovskit ialah bahan dengan struktur hablur tertentu yang boleh digunakan untuk menukarkan cahaya matahari kepada elektrik. Daya tarikannya di sini ialah kemungkinan menghasilkan sel suria yang cekap, nipis dan ringan, serta dibuat menggunakan bahan yang mudah didapati. Bagi kapal angkasa, pengurangan jisim sistem kuasa boleh menyediakan lebih banyak kapasiti untuk peralatan lain.

Modul eksperimen Singfilm Solar bersifat fleksibel dan dibina menggunakan kaca ultra nipis. Penolong Profesor NUS Hou Yi, pengasas syarikat itu, menyifatkan CRIMSON-1 sebagai penerbangan angkasa pertama modul fleksibel berkenaan dan penggunaan pertama modul solar buatan Singapura di orbit. Menurut NTU, misi ini juga merupakan penerbangan angkasa pertama teknologi Singfilm.

Dakwaan itu perlu dibezakan antara sel solar individu dengan modul, iaitu himpunan sel yang direka untuk berfungsi bersama. NTU sebelum ini menerbangkan sel perovskit menaiki satelit ARCADE pada 2023. Oleh itu, CRIMSON-1 tidak sepatutnya digambarkan sebagai percubaan pertama universiti itu menguji sebarang sel perovskit di angkasa.

Eksperimen baharu ini mengembangkan usaha tersebut kepada modul fleksibel dan teknologi yang dibangunkan bersama Singfilm. Nilainya bergantung pada ukuran yang diperoleh dari orbit, termasuk sama ada modul itu dapat mengekalkan output elektrik yang berguna selepas pelancaran dan pendedahan berpanjangan kepada keadaan angkasa.

Mengapa ketahanan sama penting dengan kecekapan

Sel suria untuk kegunaan di angkasa perlu bertahan melalui dua ujian yang sangat berbeza: tekanan mekanikal ketika pelancaran roket dan keadaan operasi selepas itu. CRIMSON-1 akan menilai ketahanan fizikal, kecekapan penukaran dan penjanaan kuasa elektrik sebenar di orbit rendah Bumi.

Penilaian yang dirancang merangkumi pendedahan kepada radiasi, vakum dan kitaran terma. Kitaran terma bermaksud perubahan suhu berulang ketika kapal angkasa bergerak melalui keadaan pencahayaan yang berbeza. Perubahan sedemikian boleh memberi tekanan kepada bahan dan sambungannya, manakala radiasi boleh menjejaskan sel suria serta elektronik.

Timbalan Presiden dan Provos NTU, Profesor Christian Wolfrum, berkata misi ini membawa penyelidikan solar dan pengkomputeran AI ke persekitaran yang diperlukan untuk menentukan sama ada kedua-duanya berfungsi seperti yang dirancang:

Teknologi ini hanya dapat disahkan dalam keadaan angkasa sebenar, dan inilah yang telah dilakukan oleh program satelit NTU selama tiga dekad. CRIMSON-1 ialah misi kami yang ke-14.

Ujian selama setahun itu bertujuan memberikan bukti prestasi dari semasa ke semasa, bukannya satu ukuran yang diambil sejurus selepas penggunaan. NTU belum mengumumkan sasaran angka bagi output kuasa yang boleh diterima, kehilangan kecekapan atau kemerosotan bahan.

Dakwaan penjimatan kos perlu disokong bukti dari orbit

Potensi tarikan kewangan perovskit adalah besar, tetapi buat masa ini ia masih prospek dan bukannya penjimatan yang dibuktikan oleh misi ini. Harga yang dilaporkan bagi sel suria galium arsenida yang digunakan di angkasa adalah antara US$250 hingga US$450 setiap watt. Sel silikon konvensional yang digunakan di Bumi pula berharga kurang daripada US$1 setiap watt.

Berdasarkan angka itu, harga galium arsenida yang dinyatakan adalah lebih 250 hingga 450 kali ganda penanda aras silikon. Perbandingan tersebut menggambarkan jurang kos antara teknologi, tetapi bukan perbandingan langsung antara produk yang boleh saling menggantikan. Harga rendah sel untuk kegunaan di Bumi tidak membuktikan bahawa sel itu mampu memenuhi keperluan operasi kapal angkasa.

Harga pembuatan setiap watt bagi modul perovskit yang dibawa CRIMSON-1 belum didedahkan. Oleh itu, misi ini belum dapat menyokong pengiraan jumlah wang yang boleh dijimatkan pengendali satelit jika menggunakannya. Kebolehpercayaan, output kuasa yang boleh digunakan dan kos penyepaduan juga perlu dipertimbangkan.

Singfilm melaporkan kecekapan penukaran kuasa sebanyak 22.6% bagi panel solar perovskit pada 2024. Kecekapan penukaran merujuk kepada bahagian cahaya matahari yang masuk dan ditukarkan kepada elektrik. Angka itu memberikan konteks kepada usaha pembangunan syarikat berkenaan, tetapi ia bukan ukuran di orbit atau keputusan prestasi yang dinyatakan bagi muatan CRIMSON-1.

Penyelidikan NTU dalam bidang ini bermula dengan makalah 2013 dalam Science yang menunjukkan cas elektrik boleh bergerak pada jarak luar biasa jauh melalui bahan perovskit. Penemuan itu membantu menjelaskan kecekapan solar bahan tersebut yang tinggi. Usaha seterusnya beralih kepada modul lebih besar dan prototaip yang bertujuan meningkatkan prestasi serta kestabilan. Kini, CRIMSON-1 menguji sama ada teknologi itu dapat mengekalkan ciri bergunanya di luar makmal.

AI akan memilih imej berguna sebelum penghantaran

CRIMSON-1 digambarkan sebagai nanosatelit pertama Singapura yang dilengkapi AI. Eksperimen pengkomputerannya akan menganalisis dan menapis imej di dalam kapal angkasa, termasuk memilih imej tanpa litupan awan serta mengenal pasti kemungkinan kebakaran hutan atau tumpahan minyak.

Ini ialah AI pinggir, iaitu pengkomputeran yang dilakukan berhampiran tempat data dikumpulkan, dan bukannya menghantar semua maklumat mentah kepada komputer jauh. Dalam kes ini, pinggirnya ialah satelit itu sendiri. Manfaat yang disasarkan ialah penghantaran imej berguna atau amaran tentang kemungkinan kejadian, bukannya menghantar setiap imej untuk diperiksa manusia di Bumi.

Kapasiti komunikasi satelit adalah terhad. Penapisan imej di orbit boleh mengurangkan jumlah data mentah yang dihantar dan kerja pengasingan manual yang diperlukan di darat. Misi ini sedang menguji pendekatan itu, bukannya mengumumkan perkhidmatan pengesanan bencana yang telah terbukti.

Ketepatan pengesanan, kadar amaran palsu atau pengurangan jumlah data yang dihantar belum diumumkan. Petunjuk AI tentang kemungkinan kebakaran atau tumpahan tidak sama dengan kejadian yang telah disahkan. Keputusan eksperimen diperlukan untuk menilai sama ada pemilihan imejnya cukup boleh dipercayai bagi kegunaan operasi.

Pengkomputeran membawa keperluan kuasa dan haba tersendiri

Pemprosesan imej di dalam kapal angkasa kecil mewujudkan pertukaran kepentingan. Menghantar kurang maklumat ke Bumi mungkin menjimatkan kapasiti komunikasi, tetapi AI menggunakan elektrik dan menghasilkan haba. Penyelidik CRIMSON-1 akan meneliti cara sistem pengkomputeran mengurus kedua-duanya ketika menjalankan beban kerja berat.

Pengurusan haba amat penting dalam vakum, kerana kapal angkasa tidak boleh menyejukkan dirinya melalui udara sekeliling seperti komputer di Bumi. Reka bentuknya perlu memindahkan haba melalui strukturnya dan melepaskannya melalui radiasi. Eksperimen ini akan membantu menentukan bagaimana perkakasan pengkomputeran yang dipilih berfungsi dalam persekitaran tersebut.

Oleh itu, ujian solar dan pengkomputeran menangani kekangan kejuruteraan yang saling berkait, meskipun kedua-duanya kekal sebagai eksperimen berasingan. Kapal angkasa masa depan yang menggunakan lebih banyak pengkomputeran onboard memerlukan sistem kuasa yang mampu menyokongnya. CRIMSON-1 menguji teknologi solar berpotensi untuk masa depan sambil menggunakan panel sedia ada untuk membekalkan kuasa operasinya sendiri.

Hou menyatakan kuasa solar untuk satelit masa depan dan kemungkinan pusat data AI di angkasa sebagai bidang yang boleh diterokai selanjutnya. CRIMSON-1 sendiri bukan pusat data AI operasi, dan misinya tidak membuktikan bahawa modul perovskit boleh membekalkan kuasa kepada pusat data sedemikian. Peranannya adalah untuk mengembalikan ukuran yang boleh membantu reka bentuk seterusnya.

Pihak yang membina, mengerahkan dan menyokong misi

Pusat Penyelidikan Satelit NTU menerajui misi ini, dengan menggabungkan kejuruteraan kapal angkasa, persediaan pelancaran, kawalan misi dan operasi di orbit. NTU menyatakan penyelidiknya bekerjasama dengan penyepadu pelancaran Exolaunch, yang menyediakan kapasiti pelancaran, pengurusan misi, penyepaduan dan perkhidmatan penggunaan. CRIMSON-1 dikerahkan menggunakan sistem EXOpod Nova milik Exolaunch.

Laporan berbeza dalam menerangkan pihak yang membina kapal angkasa itu. Satu laporan menyebut syarikat Singapura Satoro Space sebagai pembina, dengan teknologi AI NTU dan sel solar eksperimen dipasang pada kapal angkasa tersebut. Satu lagi menyatakan bahawa pembinaannya dilakukan oleh Pusat Penyelidikan Satelit NTU. Pengumuman NTU mengenal pasti pusat itu sebagai peneraju misi dan menyatakan rakan industri tempatan turut serta, tetapi tidak memperincikan pembahagian kerja fabrikasi.

Infocomm Media Development Authority (IMDA) menyokong misi ini dengan mendapatkan spektrum satelit dan sumber orbit melalui International Telecommunication Union. Spektrum merujuk kepada frekuensi radio yang digunakan untuk komunikasi antara satelit dengan stesen di Bumi.

Rekod universiti itu merangkumi pelancaran X-SAT pada 2011, satelit pertama Singapura yang dibina di negara itu. Misi ke-13nya, VELOX-AM, dilancarkan pada Julai 2023 dan, menurut NTU, menamatkan misi serta keluar dari orbit pada Ogos 2026. CRIMSON-1 meneruskan program pembinaan, pengujian dan pengendalian kapal angkasa tersebut.

Program pembiayaan Singapura menghubungkan pembangunan dengan ujian di angkasa

CRIMSON-1 ialah antara projek pertama yang disokong National Space Agency of Singapore (NSAS) menerusi Space Access Programme. Skim itu merupakan sebahagian daripada Space Technology Development Programme, yang di bawahnya Singapura telah memperuntukkan S$210 juta sejak 2022 bagi penyelidikan angkasa dan keupayaan negara.

Halaman Space Technology Development Programme kerajaan, yang dikemas kini pada 17 Mac 2026, menyatakan Office for Space Technology and Industry memperoleh tambahan S$60 juta pada 2024. Halaman itu menyebut STDP 2.0 diteruskan mulai 2025. Halaman tersebut tidak menetapkan bahawa S$60 juta itu perlu ditambah sekali lagi kepada S$210 juta yang dinyatakan untuk program berkenaan.

Program ini mempunyai tiga kategori pembiayaan: pembangunan teknologi, pengesahan dan eksperimen, serta akses ke angkasa. Kategori terakhir menyokong ujian untuk membuktikan rekod penerbangan, iaitu rekod terdokumen bahawa sesuatu teknologi beroperasi di angkasa. Sel solar, bahan termaju, sistem pengkomputeran dan muatan lain disenaraikan sebagai contoh.

Universiti tempatan, institusi penyelidikan dan rakan industri boleh memohon. Entiti asing perlu mendapatkan rakan tempatan. Penderiaan jauh dan komunikasi satelit ialah bidang keutamaan, sementara NSAS turut meneroka khidmat penyelenggaraan kapal angkasa di orbit, pembuatan di angkasa dan sains hayat angkasa.

Bagi CRIMSON-1, rekod penerbangan menghubungkan penyelidikan dengan kemungkinan penerimaan komersial. Pelancaran yang berjaya ialah satu pencapaian. Bukti bahawa modul atau sistem pengkomputeran terus berfungsi dalam keadaan orbit pula merupakan pencapaian berasingan yang boleh dinilai bakal pelanggan.

Pencapaian dan langkah seterusnya

Misi ini menghimpunkan penyelidikan solar dan pembangunan satelit selama lebih sedekad. Tarikh utama menunjukkan perkembangan tersebut:

• 2011: X-SAT, satelit pertama Singapura yang dibina di negara itu, dilancarkan.
• 2013: Penyelidik NTU menerbitkan penemuan tentang pengangkutan cas elektrik melalui bahan perovskit dalam Science.
• Mulai 2022: Singapura memperuntukkan S$210 juta untuk Space Technology Development Programme.
• 2023: NTU menerbangkan sel perovskit menaiki ARCADE; VELOX-AM dilancarkan pada Julai.
• 2024: Singfilm melaporkan kecekapan penukaran panel solar sebanyak 22.6%, dan kerajaan memperoleh tambahan S$60 juta untuk pembangunan teknologi angkasa.
• Ogos 2026: VELOX-AM keluar dari orbit selepas menamatkan misinya, menurut NTU.
• 1 Oktober di California, 2 Oktober di Singapura: CRIMSON-1 dilancarkan bagi misi yang dirancang selama setahun.

Pengumuman NTU menyatakan hari dan bulan pelancaran tanpa menyebut tahun secara jelas. Tarikh 1 Oktober dan 2 Oktober mencerminkan perbezaan waktu antara California dengan Singapura, bukannya dua pelancaran berasingan.

Pencapaian substantif seterusnya ialah penerimaan data prestasi. Tarikh pengumuman awal keputusan belum ditetapkan, begitu juga jadual penerbitan laporan tentang kemerosotan prestasi solar, ketepatan AI atau penggunaan kuasa pengkomputeran.

Secara berasingan, NTU dan syarikat teknologi Jepun Fusic sedang meneroka sistem AI di darat untuk penjadualan misi, peruntukan stesen bumi, operasi rutin dan pengesanan awal masalah teknikal. Usaha itu menangani pengurusan satelit dari Bumi, manakala CRIMSON-1 menguji pemprosesan imej di dalam kapal angkasa.

Perkara Penting

• CRIMSON-1 ialah satelit NTU yang ke-14, kapal angkasa seberat 5kg yang dikerahkan kira-kira 520km di atas Bumi.
• Misi yang dirancang selama setahun itu menguji sel solar perovskit bersama pemprosesan imej AI.
• Panel galium arsenida membekalkan kuasa utama satelit; sel perovskit ialah muatan eksperimen.
• Modul fleksibel Singfilm menggunakan kaca ultra nipis. NTU sebelum ini menguji sel perovskit menaiki ARCADE pada 2023.
• Penyelidik akan mengukur ketahanan dan output solar, serta pengurusan haba dan penggunaan elektrik sistem pengkomputeran.
• Space Access Programme Singapura menyokong misi ini sebagai sebahagian daripada komitmen S$210 juta bagi pembangunan teknologi angkasa sejak 2022.
• Keputusan prestasi di orbit atau tarikh penerbitan awal belum diumumkan.