Tauchroboter für Jupitermond

Auf der Suche nach Leben in unserem Sonnen­system ist der Jupiter­mond Europa von großem Interesse: Unter einer mehrere Kilo­meter dicken Eisdecke wird dort ein tiefer Ozean vermutet, der die Grundlage für extra­terres­trisches Leben bieten könnte. Wie sich dieser Ozean erreichen und erforschen ließe, haben Wissen­schaftler des Robotics Inno­vation Center des Deutschen Forschungs­zentrums für Künst­liche Intel­ligenz DFKI im Projekt Europa-Explorer (EurEx) untersucht. Die zur autonomen Navi­gation unter Wasser und für den Transport durch das Eis ent­wickelten Systeme sollen im nun gestar­teten Projekt EurEx-SiLaNa für Langzeit­missionen außerhalb des Labors optimiert werden.

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 kann. Dort befinden sich – so die Annahme – unter einer Eisdecke 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 zunächst den mächtigen Eispanzer auf der Ober­fläche des Ozeans durch­dringen und anschließend den Grund des Meeres erreichen.

Für dieses Szenario entwickelten die DFKI-Wissen­schaftler ein Missions­konzept, welches die Explo­ration des Ozeans auf Europa mit Hilfe eines voll­autonomen Systems ermög­lichen soll. Dement­sprechend bauten sie das autonome Unterwasser­fahrzeug (AUV) Leng, das durch eine Vielzahl unter­schiedlicher Sensoren sicher im Wasser navigieren kann, und das IceShuttle Teredo. Letzteres dient dem AUV als Transport­mittel durch die Eisdecke sowie als Dockingstation zum Daten­austausch und Aufladen der Batterien. Das Team aus Unterwasser­fahrzeug und Ice­Shuttle konnte einen Teil des Missions­konzepts in der europa­weit ein­maligen Maritimen Explorations­halle des DFKI in Bremen bereits erfolg­reich demonstrieren. Um aller­dings den nächsten Schritt in Richtung einer Real­mission wagen zu können sollen im Projekt EurEx-SiLaNa die bestehenden Systeme, deren Zusammen­spiel sowie ihre Navigations­leistung weiter optimiert werden.

Im Rahmen des neuen Projekts sind umfang­reiche Tests in Binnen­gewässern geplant. Die Gegeben­heiten und Unwägbar­keiten von Außen­einsätzen erfordern jedoch diverse techno­logische Erwei­terungen und Verbes­serungen der Systeme. Die zunächst für das AUV verwendete Material­mischung aus Aluminium und Edelstahl verur­sachte unerwartet starke Korrosions­effekte, welche im Langzeit­betrieb zu Leckagen führen können. Aus diesem Grund setzen die Wissen­schaftler nun auf eine Titan­legierung. Die Inte­gration eines Nutzlastmoduls in das AUV soll darüber hinaus die Ausstat­tung mit zusätz­licher Sensorik ermöglichen, die etwa physi­kalische Parameter wie Druck, Temperatur oder Salzgehalt des Wassers messen kann. Schließ­lich soll im Projekt die Bohr­technologie des Ice­Shuttles Teredo weiter voran­getrieben werden.

Die Navigation des AUVs unter Wasser reali­sierten die Wissen­schaftler anfäng­lich, indem sie den Missions­ablauf direkt im Quellcode umsetzten. Dies erforderte jedoch stets einen System­neustart bei Missions­änderung. Abhilfe soll künftig ein Missions­management schaffen, das die Definition einer Missions­beschreibungs­sprache umfasst. Hierdurch lassen sich verschiedene Teil­funktiona­litäten des Unterwasser­fahrzeugs verknüpfen, etwa das Anfahren von Wegpunkten, die Rückkehr zum IceShuttle oder das Einleiten des Docking­vorgangs.

Gleich­zeitig erlaubt die Missions­sprache dem System auf äußere Einflüsse zu reagieren und kritische Entschei­dungen zu treffen, ob sich mit dem momen­tanen Akkustand der Zielbereich noch erreichen lässt. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die wieder­holte Missions­ausführung, welche die sichere autonome Navigation während einer Langzeit­mission überhaupt erst ermöglicht. Im Gegensatz zur linearen Abar­beitung eines vorde­finierten Missions­plans in einem relativ kurzen Zeitraum erlaubt diese auch die Inte­gration eines zusätz­lichen Unter­wasser-Lade­vorgangs und somit eine deutlich verlän­gerte Einsatz­dauer. Außerdem kann das AUV auf diese Weise mit ersten Boden­daten zum Ice­Shuttle zurück­kehren und von dort aus neu definierte Detail-Inspek­tionen interes­santer Objekte vornehmen.

DFKI / JOL