Interplanetare Tauchfahrt

Unter einer mehrere Kilometer dicken Eisdecke auf dem Jupitermond Europa vermuten Wissenschaftler einen tiefen Ozean, der die Grundlage für extra­terrestrisches Leben bieten könnte. Wie sich dieser Ozean erreichen und erforschen ließe, hat das Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungs­zentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) untersucht. Dafür entwickelten sie ein autonomes Unter­wasser­fahrzeug (AUV), das durch eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren sicher im Wasser navigieren kann, sowie ein IceShuttle, das dem AUV als Transport­mittel durch das Eis und Basisstation dient. Die Systeme werden vom 1. bis 4. Juni 2016 auf der ILA Berlin AIR Show im DLR Space Pavillon, Halle 4, ausgestellt.

Ziel des Projekts Europa Explorer war es, im Rahmen terrestrischer Szenarios zu zeigen, dass ein Roboter­team den in Jupiters Schatten liegenden Eismond Europa autonom erkunden können. Um sich ein Bild von den Umgebungs­bedingungen zu machen, wie sie auf, vor allem aber unter der lunaren Ober­fläche herrschen, griffen die DFKI-Wissenschaftler auf Daten des Göttinger Max-Planck-Instituts für Sonnen­system­forschung zu Temperatur, Gravitation, Strömung und Geräusch­kulisse zurück. Mutmaßlich befinden sich unter der Eisdecke des Mondes in rund 100 Kilometern Wassertiefe Hydro­thermal­quellen, die durch das Spenden von Wärme und Mineralien selbst an dunklen und kalten Orten Leben ermöglichen. Um diese aufzufinden, muss ein Explorations­fahrzeug den Grund des Meeres erreichen und zuvor den mächtigen Eispanzer auf der Oberfläche des Ozeans durchdringen. Dies gelingt mit Hilfe eines Träger­systems, das sich durch die äußere Eiskruste bohrt, und dem Fahrzeug anschließend als Basis­station und Schnitt­stelle zu den Wissenschaftlern auf der Erde dient.

Für dieses Szenario haben die DFKI-Wissenschaftler das autonome Unter­wasser­fahrzeug (AUV) Leng und das IceShuttle Toredo entwickelt. Leng wurde als Langstrecken-Explorations­fahrzeug konzipiert. Seine Form ist speziell auf die Missions­anforderungen angepasst: ein möglichst geringer Durch­messer, um in das IceShuttle zu passen, sowie eine hydro­dynamische Strömungs­hülle um mit wenig Energie­aufwand lange Strecken zurück­legen zu können. Beim IceShuttle Toredo handelt es sich um eine Schmelzsonde, die das AUV mit Hilfe eines thermalen Bohr­mechanismus durch die Eisdecke transportiert. Um den Energie­aufwand beim Bohren zu minimieren, wird ein Bohrloch mit einem möglichst geringen Querschnitt angestrebt – folglich muss auch das IceShuttle möglichst schmal sein. Im Fokus des Projekts stand insbesondere die Navigations­fähigkeit des Unter­wasser­fahrzeugs: Um sich präzise selbst lokalisieren zu können, ist Leng mit einer Vielzahl unter­schiedlicher Navigations­sensoren ausgestattet. Diese senden u.a. Schallsignale aus, über die das Fahrzeug seine Position ähnlich der GPS-Methode bestimmen kann. Anhand seines Abstands und Blick­winkels auf einen bestimmten Punkt errechnet das System seine Position und findet nach seinem Tauchgang eigenständig zur Basis­station zurück, um die gesammelten Informationen über eine Schnittstelle an das IceShuttle zu übermitteln und seine Energie aufzuladen. Dabei muss das Roboterduo komplett ohne Steuerung von der Erde auskommen. Denn ein von dort gesendetes Signal kommt mit 33 bis 53 Minuten Zeit­verzögerung an – zu lang, um spontan auf neue Situationen reagieren zu können.

Die einzigartige Laborlandschaft des DFKI mit seiner europaweit einmaligen Maritimen Explorations­halle ermöglichte es den Wissenschaftlern, die Systeme komplett vor Ort zu entwickeln und zu testen. Missions­szenarien ließen sich in den Testbecken unter realitäts­nahen und kontrollier­baren Bedingungen simulieren und Komponenten in der Druckkammer auf ihre Tief­see­tauglichkeit überprüfen. Das Projekt, das am 30. April 2016 endete, wurde mit rund 1,5 Millionen Euro vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundes­ministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) über eine Laufzeit von drei Jahren und vier Monaten gefördert. In möglichen Folge­projekten wollen die Wissenschaftler die Funktions­fähigkeit der in Europa Explorer entwickelten Systeme auch jenseits der Labore in noch realistischeren Umgebungen, wie der Arktis, testen.

DFKI / DE