Montag, 21. Mai 2012

Deutsche Forscher wollen mit Sonden-Schwarm in Mars-Canyon nach Leben suchen


Blick in den gigantischen Mars-Canyon Valles Marineris in perspektivischer Darstellung. (Klicken Sie HIER, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.) | Copyright: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

Köln/ Deutschland - Siebentausend Meter tief und vier Kilometer lang erstreckt sich längs des Marsäquators das größte Canyon-System im Sonnensystem: Valles Marineris. Viele Forscher sehen hier einen möglichen Hort außerirdischen Lebens. Eine effiziente und kostengünstige Erkundung dieses komplexen Terrains aus Bergen, Schluchten, Canyons und Höhlen kann jedoch nur von einem Schwarm aus Flug- und Bodeneinheiten erfolgen. Dieses Ziel vor Augen hat das aktuelle Verbundprojekt des Raumfahrtmanagements des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Simulationen und praktische Versuchen auf der Erde sollen Navigationslösungen finden, mit denen ein solcher Sonden-Schwarm in tiefen Kratern und Schluchten fremder Planeten nach Leben suchen kann.

Gefördert vom DLR und dem Freistaat Bayern, besteht das Verbundprojekt "Valles Marineris Explorer" aus Forschern der TU Braunschweig, des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation sowie der TU München.

"Die tiefen Einschnitte in der Kruste des Mars bieten neue Einblicke in die geologische Geschichte des Roten Planeten und womöglich Aussichten auf das Finden extraterrestrischen Lebens", erläutert das DLR (dlr.de) in einer Pressemitteilung zum Projekt. "Während Raumsonden nur aus dem Orbit einsehbare Bereiche aufnehmen und für den Nachweis von Mikroorganismen kaum geeignet sind, können die bislang eingesetzten, halbautonomen Bodenfahrzeuge wiederum nur leicht zugängliche Gebiete ohne größere Hindernisse untersuchen. "Doch dies sind für die Suche nach extraterrestrischem Leben auf dem Mars die eher uninteressanten Gebiete. Sollte sich vor Milliarden Jahren Leben auf dem Mars entwickelt haben, so könnte es aufgrund der mittlerweile lebensfeindlich gewordenen Umgebungsbedingungen nur in geschützten Nischen überlebt haben. Jene tiefen Schluchten des Valles Marineris bilden eine solche biologische Nische. An ihrem Grund kann sogar ein atmosphärischer Druck herrschen, der hoch genug für das Vorkommen von Wassertümpeln ist - ideale Habitate für Mikroorganismen, wie wir von der Erde her wissen. Diese nur schwer zugängliche Gegend lässt sich besonders effizient nur im Schwarm erkunden", betont der Projektleiter auf Seite des DLR-Raumfahrtmanagements, Dr. Oliver Funke.

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Blick von einem imaginären Punkt oberhalb des angrenzenden Hochlands über die mittleren Valles Marineris von Süden nach Norden. Die steilen Klippen im Hintergrund und in der Bildmitte sind etwa fünftausend Meter hoch und zeigen Spuren intensiver Erosion: Am Fuß der Gebirgswand sind die Reste von mächtigen Hangrutschungen zu erkennen. Wie sich diese gewaltige Struktur auf dem Mars gebildet hat, ist noch unklar. (Klicken Sie HIER, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.) | ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

Die Schlüsseltechnologien für eine robuste und infrastrukturunabhängige Ortung eines Schwarms von Fluggeräten und Bodenfahrzeugen müssen jedoch zunächst auf der Erde erforscht und getestet werden. Hier bieten sich dann auch weitere Einsatzmöglichkeiten wie die Navigation Untertage oder in durch Katastrophen verwüsteten Regionen (Search and Rescue, SAR) an. Doch wie könnte ein solches Missionsszenario aussehen?

"Ein Schwarm wird von einer Basisstation zum Zielgebiet entsandt", erläutert das DLR. "Dort angekommen, muss auf dem Weg zum unbekannten Terrain autonom, zuverlässig und präzise navigiert werden. Mögliche Hindernisse sollen erkannt und umfahren beziehungsweise umflogen werden. Um sich zu orientieren, müssen sich zum einen die einzelnen Schwarmelemente gegenseitig orten. Zum anderen erkunden sie das Zielgebiet mit Kameras, Laserscanner und Messeinheiten, die federführend von der Technischen Universität Braunschweig als Verbundführer zu einer kompakten Navigationslösung zusammengeführt werden."


Einzelne Schwarmteilnehmer verständigen sich untereinander und geben die aktuellsten Daten über das Terrain untereinander weiter. Eine Bodenstation sendet alle relevanten Daten dann zur Erde weiter. (Klicken Sie HIER, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.) | Copyright: DLR

"Während die fliegenden Teilnehmer schnell weite Flächen aufklären und eine Umgebungskarte erstellen, untersuchen die Bodeneinheiten die bekannte Umgebung und interessante Objekte genau. Die Orientierung der Bodenfahrzeuge verbessert sich durch die gute Übersicht der fliegenden Schwarmteilnehmer und die Kenntnis aller Lagebeziehungen. Das kann sowohl im Valles Marineris auf dem Mars als auch bei Katastropheneinsätzen auf der Erde sehr hilfreich sein", erklärt Funke den Vorteil der Schwarmnavigation.

Als vergleich nennt der Forscher eine von einem Erdbeben verwüstete Stadt, in der Straßenkarten aufgrund von Trümmern schnell nicht mehr für Logistikaufgaben verwendbar sind. "Hier müssen schnellstens auch für schweres Räumgerät passierbare Wege gefunden werden."

Sobald alle Schwarmelemente positioniert sind, könne ein Kommunikationsnetzwerk eingerichtet und die gewonnenen Informationen über das schwierige Terrain so an alle Schwarmteilnehmer übertragen werden. Um technische Lösungen für diese Schwarmkommunikation und -kooperation sowie um den Aufbau eines Mars-Szenario-Simulators wird sich das DLR Institut für Kommunikation und Navigation kümmern.


Schematische Darstellung der Navigation einer Flugeinheit auf ihrer Suche nach Leben im Valles Marineris. (Klicken Sie HIER, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.) | Copyright: DLR

Das durch einen Schwarm aufgebaute Netzwerk böte Redundanz für die Erkundung und Datenübertragung sowie beim Ausfall einzelner Schwarmelemente. Fallen dann dennoch einige Systeme aus, müssen diese Fehler kompensiert werden. Zu dieser Frage wird sich im Rahmen des Verbundprojekts die Technische Universität München neben der Flugregelung und der optischen Navigation auch mit dieser Herausforderung beschäftigen.

Für einen Einsatz eines Fluggeräts auf dem Mars müssten allerdings eine Vielzahl technologischer Herausforderungen gelöst werden: Da Systeme wie GPS oder Galileo dort nicht zur Verfügung stehen, kann ein Fluggerät nur das Gelände und eine beschränkte Menge an mitgebrachten Sensoren zur Navigation nutzen. "Weil eingesetzte Fluggeräte die gewonnenen Informationen unmittelbar zur Flugregelung brauchen, muss die Navigation also wesentlich autonomer als bei den NASA-Mars-Rovern 'Spirit' und 'Opportunity' ablaufen. Ein Funksignal von der Erde zum Mars und wieder zurück braucht 40 Minuten. Da ist an Fernsteuerung per Telemetrie nicht zu denken. Das Fluggerät muss deshalb in der Lage sein, diese Bereiche selbstständig zu erforschen", so Funke.

Bislang existieren allerdings noch große Lücken in den Fähigkeiten zur Erkundung fremder Planeten. Die beteiligten Projektpartner wollen diese Lücken mit dem Projekt "Valles Marineres Explorer" nun schließen.
 
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