Omvandling av Europeiska rymdorganisationen till ”New Space” -projekt

Europeiska rymdorganisationen ESA är en etablerad aktör i världen och är främst känd för ”traditionella rymdprojekt”. Förra året sände ESA rekord 13 satelliter ut i rymden (vilket är mer än NASA) för att sätta saken i rätt perspektiv.

Bakgrund

Rymdmiljön har förändrats i hela världen under de senaste åren och ESA förbereder sig också på kommande utmaningar. Som en del av ESA:s övergång till smidigare, snabbare, lättare och effektivare har ESA också öppnat en möjlighet till olika filosofi i utvecklingen av satelliter och rymdprojekt.

Jag hade privilegiet att leda ESA:s första stora projekt ”New Space”, Arctic Weather Satellite (AWS). Syftet med projektet var att utveckla satelliten Protoflight Model (PFM), som skulle föregå den operativa konstellationen av sådana vädersatelliter. Projektet omfattade utöver utveckling av satelliten också utveckling av marksegmentet, anskaffning av uppskjutning och drift av satelliten. Kunden av konstellationen är EUMETSAT, som hade uttryckt intresse i början av projektet i avvaktan på resultatet av ESA:s utvecklingsarbete. Sammanfattningsvis var insatserna höga när jag påbörjade projektet.

Arctic Weather Satellite - CREDIT: ESA/Mlabspace

Jag valdes till projektchef i början av 2020 med målet att utveckla hela insatsen på tre år, i en mycket stram budget och i enlighet med de stora vädersatelliternas prestationsförmåga. Utvecklingen av traditionella vädersatelliter tar i allmänhet minst 15 år. Som om det inte var tillräckligt utmanande, slog COVID-19 till så fort jag hade börjat.

”New Space” -strategin

Det är inte särskilt enkelt att ändra en organisation av ESA-storlek, men jag hade fått i uppdrag att hitta ett sätt att förvalta ”New Space” - projektet och att fastställa hur ”New Space” -strategin skulle kunna genomföras inom ESA. För att projektet skulle bli framgångsrikt måste ESA:s arbetssätt ändras.

Mitt första beslut var att koncentrera mig på de väsentliga kraven och ta bort allt annat. ESA:s ”traditionella rymdprojekt” omfattas av särskilda standarder som inte bara definierar projektets behov utan också hur projektet planeras, byggs, ses över, förvaltas osv. Dessa standarder kallas ECSS-standarder (European Cooperation for Space Standardisation). När det gäller AWS beslutade jag att inte alls använda dessa standarder och att lämna förfarandet öppet. Dessutom förenklade och rationaliserade jag projektöversikterna, som används som portar för att kontrollera att framstegen är tillräckliga för att gå vidare till nästa fas. Också den dokumentation som krävs begränsades till en bråkdel av de dokument som krävs för ”traditionella rymdprojekt”. Avtalet gjordes också så enkelt som möjligt inom ramen för ESA:s regler och bestämmelser. Man förhandlade fram ett avtal som omfattade utveckling av satellit, marksegment och verksamhet.

Alla de ändringar som beskrivs ovan var nödvändiga och kritiska för att AWS-projektet skulle bli framgångsrikt, men den kanske viktigaste förändringen var att man använde sig av en strategi för smidig utveckling i stället för att utveckla ”traditionella rymdprojekt” (ofta kallad ”V-cykel”). I programutvecklingen har man traditionellt tillämpat smidig utveckling, men nu har tillvägagångssättet omfattat också annan utveckling. I rymdprojekt är en smidig användning särskilt svår på grund av den långa längden på utvecklingsöglorna (ofta kallade ”sprints”) och kostnaderna för tillhörande utrustning och testning. SpaceX:s exempel, där denna metod har använts vid utvecklingen av uppskjutningsutrustning, har dock visat att metoden är effektiv.

Projektet Arctic Weather Satellite

Naturligtvis måste man också komma överens med industrin om ett smidigt arbetssätt, så att vi alla hade en gemensam förståelse innan projektet inleddes. Jag tillbringade mycket tid och ansträngning med att bereda projektet tillsammans med industrin och ESA-teamen. Detta förberedande arbete var också nödvändigt för att öka förtroendet mellan ESA och industrin, eftersom industrin (med rätta) inte var säker på att ESA verkligen skulle kunna ändra sina arbetsmetoder och befarade att ESA i slutändan skulle skärpa ECSS-standarderna. Det var också viktigt att det inte ställdes upp ett särskilt tillvägagångssätt för alla företag, så genomförandesättet lämnades öppet för varje leverantör och blev slutligen en hybridkombination av smidig och V-utveckling.

När man hade kommit överens om utvecklingssättet användes smidig utveckling under hela projekttiden alltid när det var ändamålsenligt och resultatrikt utmärkt. I AWS-projektet betonades alltid konstruktion och testning av utrustning i stället för analyser. Vi testade utrustning på alla nivåer i syfte att lära oss av testet. Vi förväntade oss inte att det skulle vara perfekt under det första testet. I stället ville vi testa oss snabbt för att snabbt upptäcka de svagheter som vi var tvungna att rätta till. Vi gjorde till exempel strukturella tester sju gånger innan vi lyckades! Detta var dock snabbare än komplicerade analyser, vilket slutligen skulle ha validerats genom testning.

Arctic Weather Satellite (i det allra sista) vibrationstestet - CREDIT: ESA/P. Sebirot

Smidighet användes också i integrationen, där fullständiga system- och satellittester inleddes så snart det fanns tillräckligt med utrustning och den sista utrustningen inte förväntades. Vid behov ändrades testerna på basis av utrustningens tillstånd. Utvecklingen av programvara följde också ett smidigt tillvägagångssätt genom systemsimuleringar, som gjordes nästan dagligen, och testning av maskinvarumiljön, som inleddes så snart maskinvaran var tillgänglig. En smidig utveckling innebär också att det i sista minuten vid behov också gjordes ändringar; till exempel en examensdel ersattes mitt i den slutliga testningen på satellitnivå.

Som jag sade i början utvecklade projektet inte bara satellitutvecklingen utan också marksegmentet. ESA opererar i allmänhet alla de satelliter som utvecklas, men när det gäller AWS opererades satelliterna av industrin och kommandocentret behövde utvecklas. Också bearbetningen av vetenskapliga data utvecklades som en del av marksegmentet. I utvecklingen av marksegmentet tillämpades samma smidiga tillvägagångssätt och det lades till att vi testade marksegmentet tillsammans med satelliten så snart som möjligt. Vi gjorde det första systemvalideringstestet (System Validation Test, SVT), där vi kontrollerade satelliten från kommandocentret något under två år efter att verksamheten inleddes! Det var första gången som ett ESA-projekt genomfördes i ett så tidigt skede. Allt var inte perfekt, men vi lärde oss mycket av experimentet. Till slut upprepade vi SVT fyra gånger innan satelliten avfyrades.

Även om jag ledde projektet, kräver en komplicerad uppgift alltid teamarbete. Till AWS-teamet hörde ESA och över 30 företag från 12 länder. I projektet hjälpte det oss tydligt att ESA:s och industrins team var mycket erfarna och att alla hade utvecklat satelliter tidigare. På så sätt kunde teamet medvetet fatta beslut och balansera risker, tidtabeller och kostnader på rätt sätt.

Projektets resultat

AWS-utvecklingen blev färdig inom tre år som planerat, inom ramen för budgeten och prestationsförmågan! Satelliten avfyrades från Vandenbergs bas i Kalifornien den 16 augusti 2024 med Falcon 9-raketen. Efter uppskjutningen övergick satelliten till tidig drift och valideringsfasen i omloppsbanan, följt av omställningsfasen för omloppsbanan. Vetenskaplig information delas nu ut till de tidiga utvärderarna av uppgiften (Meteorologiska institutet är en del av de tidiga utvärderarna). Under våren förväntas uppgifterna vara fullt funktionsdugliga och levereras också till länder utanför Europa.

Arctic Weather Satellite/Avfyrningen - CREDIT: SpaceX

AWS resultat visar att ESA kan ändra sina arbetssätt och genomföra sådana ”New Space” -projekt utöver ”traditionella rymdprojekt”. AWS visar också att ESA kan ansvara för ”New Space” -utvecklingsarbetet, men samarbeta med industrin så att industrin kan vara flexibel i sin utvecklingsstrategi, samtidigt som det bidrar till att trygga framtida kunder för sådana uppgifter. Detta tillvägagångssätt kräver öppenhet och förtroende från båda sidor.

Personligen var det mycket givande att leda projektet och jag hade glädjen att leda en grupp mycket motiverade och kunniga personer på både ESA:s och industrins sida. Det var också mycket uppmuntrande att se hur den korta utvecklingstiden för projektet var en tydlig motivation för människorna, eftersom resultatet syntes redan inom tre år (cirka 15 år i det traditionella projektet). På ESA:s sida betraktas AWS nu som ett föredömligt projekt som visar hur man kan utveckla ”New Space” -projekt. Jag fick också ett personligt erkännande av ESA:s generaldirektör, som erkände projektets betydelse och genomslag samt mitt arbete som en del av omorganiseringen av ESA.

Framtiden

Som jag sade inledningsvis var syftet med AWS att utveckla en prototyp för framtida konstellation av sådana satelliter. Europeiska organisationen för utnyttjande av meteorologiska satelliter EUMETSAT har redan uttryckt sitt intresse för konstellation, och tillsammans med ESA-teamet förbereder vi oss också för detta. Konstellationen heter EPS-Sterna. Sterna är det latinska namnet på lapptärnan som förflyttas från Arktis till Antarktis; på ungefär samma sätt flyger satelliterna från Nordpolen till Sydpolen. Det slutliga godkännandet och framskridandet av konstellationen väntas ske före sommaren 2025.

Konstellationen förväntas vara i drift med de sex första satelliterna i omloppsbana före ingången av 2029. Konstellationen förbättrar avsevärt väderprognosen globalt. I de nordliga regionerna, såsom Finland, är effekten ännu större, eftersom konstellationen möjliggör snabba besökstider, vilket ger möjlighet till mycket kortsiktiga väderprognoser. På lägre breddgrader görs en sådan mycket kortsiktig väderprognos med hjälp av geostationära satelliter som är 36 000 km ovanför ekvatorn och producerar bilder var 15:e minut. De har dock ingen synlighet på högre breddgrader närmare polen, så de kan inte användas i väderprognoserna för Arktis.

Som ett led i förberedelserna för konstellationen genomförde EUMETSAT en socioekonomisk studie för att bedöma fördelarna för medlemsstaterna. Resultatet är att trots pessimistiska antaganden förväntas en sådan konstellation ge medlemsstaterna fördelar på minst 33 miljarder euro. Detta innebär förhållandet 51–1 mellan avkastningen på investeringen! Denna otroliga siffra är den största avkastning som någonsin uppnåtts på investeringar i väderprognoser och visar styrkan i ”New Space”!

AWS framtid och arv ser alltså mycket ljus ut, men det kanske är en helt annan historia...