【連載】INVADER讓我們看見的「宇宙夢」vol.03—INVADE與通訊站,以及新的現實

九月 19, 2014
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裝設在INVADER上的MORIKAWA究竟能夠發揮怎麼樣的功用、多摩美通訊站(ARTSAT TamabiGS)與衛星間的通訊是如何進行的?透過ARTSAT API,可以從INVADER上獲得什麼資料?以及,它到底能夠讓我們看見怎麼樣的可能呢?(大內孝子)vol.01在此vol.02在此

INVADER的功能

衛星內設有3臺電腦。掌管全體運作的主電腦(main computer)、專職電源管理的電腦,事實上控管衛星電源是相當困難的一件事,因為衛星本身為封閉系統(完全獨立環境、無法向外界取得能源),透過太陽能電池發電、蓄電,並且需要運用該電力讓機器運作的電源控管,因此設置了電源管理專用的電腦。 

於是,能夠執行User Program任務的電腦就是「MORIKAWA」。

MORIKAWAArduino Mega 2560控制板,是極限環境用的mission OBC模組設定。具有攝影、數位錄音等功能外,也能夠接收INVADER的各種感測器的資料、以及從地球傳遞的訊息。另外並設有app等級的虛擬機器(virtual machine),從地球傳出位元組碼(bytecode)至虛擬機器中,就能夠執行指定的使用者程式(user program)。現今已傳送了10個左右的使用者程式,透過模式切換的方式運作。比方說有基本動作確認的程式「Hello, space!」、唸出地球傳送出的文字、傳遞資料後就可播放音樂、以及能夠進行簡單對話的bot—–這就是將DIY的世界和宇宙連結在一起,讓Arduino在宇宙運作,也是重要任務的其中之一,久保田先生如此說。自己所寫的程式碼在宇宙中運作,可說是電腦藝術的程式就像是自己的分身,代替自己到了宇宙的感覺。

這也可說是因應衛星與地球的通訊頻寬相當受限而產生的模式。從地球傳送使用者程式,並在太空中執行。但是,如果不做任何調整就傳送Arduino的程式碼,光傳送就需要花上一個星期的時間。一天有23次的訊息傳送,約10分鐘,即使完整運用了10分鐘,一天也只能傳送10kb。在這樣的狀況下該如何執行使用者程式呢?學生的其中一人提出了「那我們就來做虛擬機器吧」想法,提案因而誕生。「說來就是反大量資料呢(anti-big data),是超級模組資訊的方式。現在可以說是在做和大家目標完全相反的事情,就像俳句一樣。」(久保田先生)

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MORIKAWA(FM)Hardware layout & Pin Map(硬體設計:中澤賢人、;軟體設計:堀口淳史、橋本論)

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MORIKAWA(FM)

當然,使用Arduino是需要通過JAXANAS的安全審查的,為了通過審查,必須進行實驗、計算,並且準備申請文件,也因為有產業合作中心的協助,順利地通過了3次的安全審查。再者,之所以捨棄Arduino改用控制板的原因,則是因為如果運用Arduino來增加各類功能時,發現到會產生尺寸大小的問題(無法容納進10cm寬的正方體中)。

通訊站的功能

通訊站與繞著地球軌道的INVADER在每次INVADER通過通訊站可視範圍上空、被稱為「pass」的時間點通信。通訊站位在多摩美八王子校區,設置在屋頂的天線會自動捕捉INVADER的訊號。

通訊站的系統基本上是以Mac OS X建構(備份時與Windows PC併用)。傳送到衛星的指令或資訊、接收從衛星發出的資訊、以及該資訊的解析、提供透過ARTSAT API伺服器發佈訊息等功能。

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通訊站圖表解析

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屋頂的天線以自動控制方式捕捉INVADER的訊號,當落到中央螢幕地圖上的圓中時,就表示INVADER已抵達可視範圍上空。

ARTSAT API接下來預計發布的訊息為以下資料(補充說明:4/18開始,INVADER的遙測技術資料(telemetry data)的暫定公開已開始)

l          衛星的位置(緯度、經度、高度)

l          電池電壓、電池溫度

l          太陽能電池各面的電流

l          太陽能電池各面,以及衛星內部的溫度

l          衛星的姿勢角度(陀螺儀)資料

l          衛星的磁場(磁力儀)資料

 
ARTSAT API

需求是將HTTP協定書的GET方法、參數轉為URL編碼傳送。回答的形式有JSONJSONPCSVTSV四種,資料可以自由利用(但不可作為商用目的)。

ARTSAT API取得的時刻、緯度、經度、高度Processing的樣本程式碼

/*
** ARTSAT API Sample Program
**
** Original Copyright (C) 2014 KUBOTA Akihiro.
** All rights reserved.
**
** Version 1.0
** Website http://artsat.jp/
** E-mail info@artsat.jp
**
** This source code is for Processing2+.
**
** ARTSAT_API_JSON_Sample.pde
**
** ————————————————————————
**
** GNU GENERAL PUBLIC LICENSE (GPLv3)
**
** This program is free software: you can redistribute it and/or modify
** it under the terms of the GNU General Public License as published by
** the Free Software Foundation, either version 3 of the License,
** or (at your option) any later version.
** This program is distributed in the hope that it will be useful,
** but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
** MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
** See the GNU General Public License for more details.
** You should have received a copy of the GNU General Public License
** along with this program. If not, see .
**
** 這個程式是免費軟體。你可以以Free Software Foundation名義發佈
** 使用GNU一般大眾使用同意書(第三版本,亦可用其之後的任何版本)
** 是能夠重新發佈或改變內容的,我們期望這個程式能夠對各位有用處而頒布,
** * 但並沒有任何保證。任何商業的可能性、或是適合任何其他目的的運用
** 詳細請見GNU的一般大眾使用同意書
** 你應該和程式一起,取得到了GNU一般大眾使用同意書的一部份拷貝
** 如果尚未取得,請閱讀。
*/

/*
** Get Time, Lat, Lon, Alt Data from ARTSAT API (JSON)
*/

JSONObject json, sensors;
JSONArray results;

long time;
float lat, lon, alt;

void setup() {
noLoop();
}

void draw() {
json = loadJSONObject(“http://api.artsat.jp/invader/sensor_data.json?sensor=lat,lon,alt”);

results = json.getJSONArray(“results”);
sensors = results.getJSONObject(0).getJSONObject(“sensors”);
time = results.getJSONObject(0).getInt(“time”);

lat = sensors.getFloat(“lat”);
lon = sensors.getFloat(“lon”);
alt = sensors.getFloat(“alt”);

String date = new java.text.SimpleDateFormat(“dd/MM/yyyy HH:mm:ss z”).format(new java.util.Date (time*1000L));

println(date + “, ” + lat + “, ” + lon + “, ” + alt);
}


INVADER與通訊站的衛星間通訊

INVADER進入可視範圍,能夠進行通訊後,通訊站就能接受由衛星發出的「CW信號(Beacon)」。CW信號是衛星持續發出的訊息,簡單來說就是生存訊號。透過接收CW信號,通訊站就能判斷出「衛星正在順利地運作」。並且藉由取得衛星的狀況情報與過去記錄,2的切換或是傳送MORIKAWA的動作指令等,以互動方式變換INVADER的動作。

如同前述,衛星與通訊站間的通訊是透過非營利、業餘同好者的無線技術進行的(Amateur radio),資料以摩斯密碼傳送收訊。這個資料的格式也必須被公開。因此,ARTSAT API的資料通訊也是如此,公開資料(連同格式),透過業餘無線(Amateur radio)這樣開放式的通訊系統,也是讓「ARTSAT project」成為更加開拓、廣泛的計劃的重要原因。

換句話說,除了通訊站,世界的各個角落都能夠與INVADER通訊。只要有通訊機器,無論是否擁有業餘無線的執照,都可以立即接收從INVADER而來的訊號。事實上,因為地點、衛星的高度不同,都可能改變收訊狀態,正是因為有了許多的業餘無線愛好者的協助,藉此取得了更多的INVADER資訊,才讓我們能夠更了解INVADER的狀態。

久保田先生曾被問到:使用業餘無線電傳送MORIKAWA的訊號,是否是這個計劃的缺點呢?面對這樣尖銳的問題,當時他回答:「應該說,反而是我們很希望使用業餘無線電」。就電訊帶來說,使用商業無線的可能性是有的,但是「大家的衛星」是INVADER一個相當重要的概念,所以,與其說是不得不用,應該說是非用不可。順道一提,MORIKAWA搭載的User Program,也都是在Github上被公開的Open SourceINVADER正是名符其實的「大家的衛星」。

https://github.com/ARTSAT

「我們所思考的,是希望讓業餘身份(amateurism)能夠再一次被定義、實踐。這絕不是為了成為專家而進行的練習,而是專攻專家們所不追求的領域。也就是說,這個計劃並不是為了讓成為專家而生(當然我並不否認會產生這樣的意義),相反地,是去執行當了專家後就無法做的事。所謂的藝術計劃,就像國家預算,規劃的規模越大,就會越難執行。也因此,我反而更想探求從業餘精神出發的創新計劃。」(久保田先生)

開放、以及業餘的性質,都是ARTSAT project相當重要的關鍵詞,這和Maker們所做的計劃也是共通的。

而後,運用ARTSAT API資訊,會有各式各樣的人,創作出各種不同的作品吧。由媒體藝術家平川紀道先生率領的多摩美作品製作團隊,已為今年六月的東京都現代美術館展覽,開始製作作品。「10公分的立方體以每秒8公里的速度,90分鐘便繞地球一圈,不知道那是什麼樣子。那樣小的東西無聲地、用非常快的速度移動,雖然很難想像,但希望即使只有一部份也好,可以做出能夠讓人感知、理解的東西。希望能夠表現出,對於宇宙的新現實。我們是這樣討論的。」(久保田先生)

ARTSAT project已開始進行2號機「ARTSAT2: DESPATCH」的開發,這將是離開地球軌道、深入宇宙前進,人類史上最初的藝術作品。

ARTSAT2 : DESPATCH

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這是MORIKAWA在4月8日首次拍攝,INVADER與地球的自拍照片。

目前正由JA1GDE(花清)、JA0CAW(佐藤)、JA6PL(井地)JI1IZR(真田)等,許多的業餘無線電愛好者協助,將資料復原中。


(譯:王亞婕)
[原文]
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