Kategorie Innovation & Technologie - 26. März 2018

Mars-Simulation des ÖWF wird NASA-Drohne zugute kommen

Den Februar hat das Österreichische Weltraum Forum (ÖWF) genutzt, um in einer vierwöchigen Simulation in Oman für zukünftige Mars-Reisen zu trainieren und die dafür notwendigen Technologien zu erproben. Die Mission vereinte 200 Menschen aus 25 Ländern und 16 wissenschaftliche Institutionen aus sechs Nationen mit dem gemeinsamen Ziel, der bemannten Erforschung des Roten Planeten wieder ein Stück näher zu kommen.

„Die Mission hat uns ein Stück näher an den Mars gebracht“, sagt ÖWF-Chef Gernot Grömer bei der Abschlusspressekonferenz in Wien. Einige Ergebnisse könnten bereits bei einer für 2020 von der NASA geplanten Mars-Drohne genutzt werden. Unter österreichischer Leitung haben im Projekt „Amadee-18“ 15 Personen in der Wüste von Dhofar unter marsähnlichen Bedingungen gelebt, einen vom ÖWF entwickelten Mars-Anzug erprobt und 19 Experimente durchgeführt. Die nächste Mars-Simulation ist für 2020 geplant.

Das Team kommunizierte dabei mit dem Mission Support Center in Innsbruck mit zehnminütiger Verzögerung, um den langen Funkverkehr zwischen Erde und Mars zu simulieren. Von diesem Zentrum aus wird den „Analog-Astronauten“ gesagt, wann welches Experiment durchgeführt werden soll, wann welche Batterie aufgeladen gehört, etc. „Denn am Mars ist man vor allem mit Überleben beschäftigt“, etwa der Wartung der Lebenserhaltungssysteme, der Bewältigung des Alltags, sagte der Flugdirektor in Innsbruck, Reinhard Tlustos, bei einer Pressekonferenz. Es zeige sich bei solchen Missionen, „dass die wertvollste Ressource die Crew-Zeit ist. Wir müssen lernen, die Abläufe so klug zu planen, dass wir deren Zeit möglichst effizient nutzen“, so Grömer.

„AMADEE-18 ist in vielerlei Hinsicht die aufwändigste Marssimulation, die wir in unserer 20-jährigen Tätigkeit realisiert haben. Infrastruktur, Anzahl der Teilnehmer und Experimente machen diese Simulation zu einem für Österreich einzigartigen Projekt“, erklärte Missionsleiter Dr. Gernot Grömer, der außerdem als Field Commander die Crew in der Basisstation im Oman leitete.

AMADEE-18-Projektleiterin und ÖWF-Vorstandsmitglied Sophie Gruber ergänzte: „Gut 3000 Arbeitsstunden sind in die Vorbereitung und Durchführung der Mission geflossen, unsere sechs Analog Astronauten haben über 100 Stunden EVA, also Außenbordeinsätze, im Marsanzug Prototypen absolviert.“ Die Auswertung der Daten und Bodenproben wird in den nächsten Monaten zeigen, welche Erkenntnisse das ÖWF und seine Forschungspartner gewonnen haben.

Erst Drohnen, dann Rover, schließlich Menschen

Im Oman wurde auch das vom ÖWF entwickelte sogenannte Explorationskaskaden erfolgreich erprobt. Dabei wurde ein potenzieller Testort zunächst von einer Drohne erkundet, dann ein unbemannter Rover für die nähere Erkundung losgeschickt. Erst wenn diese Daten auf interessantes und sicheres Terrain schließen ließen, bekamen die Analog-Astronauten grünes Licht für einen Außeneinsatz. Die dabei gesammelten Daten wurden noch am selben Tag von internationalen Forscherteams bewertet und daraus Arbeitsaufträge für die folgenden Tage abgeleitet. „So konnten wir die Arbeitseffizienz gegenüber früheren Missionen deutlich steigern“, sagte Grömer.

Leiter des Drohnen-Projekts war Stephan Weiss, der die GPS-freie Navigation für den NASA-Mars-Copter entwickelt hat. „Unsere Drohne beruht auf dem gleichen System wie der NASA-Copter, beide Fluggeräte orientieren sich an markanten Punkten im Gelände, um zu navigieren, denn GPS gibt es auf dem Mars ja nicht“, erklärte Stephan Weiss. Er zeigte sich mit den Tests der Mars Analog Mission sehr zufrieden und konnte bereits auf ein erstes interessantes Ergebnis hinweisen: „Die Flugtests im Oman haben gezeigt, dass die Navigation in einem so gleichförmigen Gelände wie einer Sandwüste eine große Herausforderung für unsere Drohne und damit auch für den Mars-Copter darstellt. Wir haben aber auch gesehen, dass vor allem die Morgen- bzw. Abendstunden sehr günstig für die Navigation der Drohne sind. Zu diesen Tageszeiten sind potenzielle Orientierungspunkte durch ihre längeren Schatten leichter erkennbar. Wie alle anderen Messwerte unserer Drohne gebe ich auch die im Oman gesammelten Daten an meine Kollegen bei der NASA weiter. Dort werden die Testergebnisse zur Verfeinerung und weiteren Verbesserung des Mars-Copter-Navigationssystems verwendet.“ Die Drohne „AVI-NAV“ wurde an der Alpen-Adria Universität Klagenfurt entwickelt.

In einem der Experimente wurde getestet, ob man – mangels GPS-Signalen am Mars – eine Drohne nur mit Hilfe einer Kamera und anderen Sensoren an Bord navigieren kann. Notwendig dafür seien kontrastreiche Punkte im Bild, mit deren Hilfe die Umgebung rekonstruiert wird, sagte der Leiter des Experiments, Stephan Weiss, von der Uni Klagenfurt. In Oman sei dies bei hoch stehender Sonne zu Mittag mangels Schatten sehr schwierig gewesen, während morgens und abends auch in der monotonen Wüste Schattenwürfe die notwendigen Kontraste lieferten.

Mars-Copter 2020 im Einsatz

Der „Mars-Helicopter-Scout“ Stephan Weiss hat von 2013 bis 2015 am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena im US-Bundesstaat Kalifornien an der Programmierung für Navigations-Algorithmen einer Mars-Drohne gearbeitet und steht mit seinem Nachfolger in direktem Kontakt. Diesem würden die Ergebnisse aus Oman auch zugänglich gemacht und könnten für den geplanten „Mars Helicopter Scout“ genutzt werden. Dieser soll gemeinsam mit dem „Mars 2020-Rover“ zum Roten Planeten starten. Noch gebe es für diese Drohne kein finales Okay, am Rover sei dafür aber Platz reserviert. Geplant sei, damit die Technologie von autonomen Drohnenflügen zu demonstrieren. Dazu soll der Helikopter mit einer Masse von einem Kilo und zwei gegenläufigen Rotoren mit 1,1 Meter Durchmesser zwei Minuten pro Tag fliegen und den Rest der Zeit mittels Solarzellen an Bord aufgeladen werden.

Im Anschluss an AMADEE-18 wird im Mai 2018 eine Wissenschaftskonferenz stattfinden, bei der erste Ergebnisse der Mars Analog Mission präsentiert werden.