Quelle: Julius-Maximilians-Universität Würzburg 10. September 2024.

10. September 2024 – Über den Mars erstreckt sich ein gewaltiges Tal: Das Valles Marineris ist 3.000 Kilometer lang, 600 Kilometer breit und im Durchschnitt acht Kilometer tief. Sein lateinischer Name geht auf den Mars-Orbiter „Mariner“ zurück, der das Tal Anfang der 1970er-Jahre entdeckte.

Seit 2012 erhält dieser größte bekannte Canyon im Sonnensystem die besondere Aufmerksamkeit der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). In der VaMEx-Initiative sollen Schlüsseltechnologien zur robotischen Erkundung dieses schwierigen Geländes im Schwarm entwickelt werden: Der VaMEx – Valles Marineris Explorer besteht aus fahrenden, laufenden und fliegenden Drohnen, die ein komplexes Gesamtsystem bilden.

Die VaMEx-Initiative der Raumfahrtagentur verfolgt das Ziel, erstmals die Schluchten und Höhlen des Canyons zu erforschen. Dabei wird auch nach Spuren von flüssigem Wasser und somit eventuell nach Leben gesucht, das dort in geschützten Nischen existieren könnte. Dafür will das DLR einen Schwarm autonomer, untereinander vernetzter Roboter auf den Mars bringen: Sie sollen auf dem Boden, in der Luft und in Höhlen agieren und dort Bilder und andere Daten sammeln.

Höhlen als besonders interessante Zielorte
Höhlen dürfte es in dem stark zerklüfteten Tal einige geben. Selbst in der scheinbar eintönigen Landschaft des Mondes haben Forschende aus Italien und den USA vor kurzem den Eingang zu einer großen Höhle entdeckt.

Höhlen sind nicht nur interessant als Standorte für Mond- oder Marsbasen. Sie bieten Schutz vor der kosmischen Strahlung, gemäßigtere Temperaturen und damit auch ein gutes Umfeld für den Erhalt von Leben, das bereits vor Milliarden Jahren entstanden sein könnte, als auf dem Mars noch viel günstigere Bedingungen herrschten.

An der Erforschung des Valles Marineris beteiligt sich neben dem Lehrstuhl Informationstechnik für Luft- und Raumfahrt der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg nun auch ein Team der JMU-Professur für Raumfahrttechnik. Dessen Aufgabe ist es, ein Kommunikationskonzept für den Roboterschwarm zu entwickeln. In der aktuell laufenden dritten Entwicklungsphase von VaMEx fördert die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR das Teilprojekt an der JMU mit rund 1,5 Millionen Euro.

Wie der Roboterschwarm zusammengesetzt ist
„Wir haben unserem Teilprojekt den Namen „VaMEx3-MarsSymphony“ gegeben, weil es darum geht, die einzelnen Elemente des Roboterschwarms wie ein Orchester harmonisch zusammenspielen zu lassen“, sagt Projektleiter Professor Hakan Kayal. Zum Schwarm gehören in der aktuell laufenden Entwicklungsphase mobile Roboter in der Luft und zu Land, ein stationäres Gateway am Boden, das als Kommandozentrale für die Kommunikation dient, und ein Satellitensimulator für den Datenaustausch mit der Erde.

Wenn die Roboter am Boden in Höhlen vordringen, sind sie von der Marsoberfläche abgeschirmt und können nicht direkt mit dem Gateway kommunizieren. Zum Konzept gehören darum auch Repeater-Stationen, welche die aufgenommenen Bilder und Daten in einer Transportkette weiterreichen – vom Roboter in der Höhle bis zum Gateway an der Oberfläche des Planeten.

Technologie aus Würzburg: Autorotationskörper
Teil des Schwarms sind außerdem sogenannte Autorotationskörper: Sie werden aus der Luft abgeworfen und sammeln Daten, während sie sanft zu Boden gleiten. Letzteres schaffen sie dank ihres speziellen Designs: Die länglichen Körper sind wie Ahornsamen gebaut. Sie haben einen Flügel und drehen sich um ihre eigene Achse, was sie sachte abwärts trudeln lässt. Ihr Flugweg ist steuerbar, so dass man sie gezielt über eine größere Fläche verteilen und sie dann als Sensor-, Repeater- und Navigations-Netzwerke nutzen kann.

Über den Einsatz der Autorotationskörper freut sich MarsSymphony-Projektmanager Clemens Riegler ganz besonders: Er hat die Fallkörper noch als Student mitentwickelt – ab 2016 im Rexus-Bexus-Programm der DLR-Raumfahrtagentur und in der Würzburger Hochschulgruppe WüSpace e.V., die Studierenden die Mitarbeit an Projekten der Luft- und Raumfahrt ermöglicht.

In seiner Doktorarbeit entwickelt Riegler die Flugkörper weiter: „Es ist sehr schön zu sehen, dass das DLR diese Arbeit würdigt und sie jetzt Teil eines Projekts zur Erkundung des Mars geworden ist!“

Ins Gateway wird eine Himmelskamera integriert
Das robotische Mars-Orchester hat eine weitere einzigartige Besonderheit: Das stationäre Gateway wird mit einer Kamera ausgestattet, die den Himmel des Mars im Blick behält. „Alle bisherigen Mars-Missionen haben sich auf die Oberfläche des Planeten konzentriert, wir wollen erstmals auch nach oben schauen“, sagt Hakan Kayal. Und dort dürfte es einiges zu beobachten geben: Wolkenbildung, Eintritte von Meteoren oder Blitze und andere kurzzeitige Leuchtphänomene.

Meteoriten von der Größe eines Basketballs scheinen auf dem Mars fast täglich einzuschlagen: Das hat ein internationales Forschungsteam im Juni 2024 aus seismischen Daten geschlossen. „Wir könnten das mit Daten weiter untermauern, wenn wir mit unserer UAP-Kamera den Eintritt von Meteoriten filmen und diese Ereignisse mit den seismischen Signalen korrelieren“, sagt Hakan Kayal.

Die Abkürzung UAP steht für „Unidentified Anomalous Phenomena“ (unidentifizierte anomale Phänomene). Der Name der Kamera leitet sich von ihrer Fähigkeit ab, mittels Künstlicher Intelligenz gezielt unbekannte Himmelsphänomene aufzuspüren, wie sie auch auf der Erde beobachtet werden. Die Integration eines Kamerasystems zur Himmelsbeobachtung auf dem Gateway stellt einen wesentlichen Entwicklungsschritt hin zu einem Detektionssystem für Kurzzeitphänomene in der Marsatmosphäre sowie zur Erforschung von UAPs dar. Mit MarsSymphony wird die UAP-Forschung erstmalig mit Bundesmitteln gefördert. Die neuartige Himmelsbeobachtungskamera könnte in Zukunft auch auf dem Mars UAPs detektieren.

Kommunikation zwischen Gateway und Relay-Satellit als Herausforderung
Die Kommunikation zwischen den beschriebenen Elementen und dem Raumsegment ist bei der Übertragung der gewonnenen wissenschaftlichen Daten eine zentrale Herausforderung. Das gilt aufgrund knapper Ressourcen insbesondere für die Kommunikation zwischen dem Gateway auf der Marsoberfläche und den Relay-Satelliten im Orbit.

Aktuelle Lander nutzen hierbei bisher das S- oder X-Band. Zur Erhöhung der Datenrate des Übertragungskanals ist jedoch der Wechsel von dem X-Band in das Ka-Band ein entscheidender Schritt. Der Berliner Projektpartner IQ Technologies for Earth and Space GmbH wird darum auf Basis seines flugerprobten XLink-Systems einen Ka-Band-fähigen Transceiver für den Einsatz auf Landern und interplanetaren Kleinsatelliten entwickeln. Im Projekt sollen, neben Transceiver-Hardware für interplanetare Systeme, auch angepasste und flexible Übertragungsprotokolle entwickelt werden.

Systemtest 2025 bei Analogmission auf der Erde
Ob der Roboterschwarm wie geplant funktioniert, soll im Laufe des Jahres 2025 bei einer sogenannten Analogmission getestet werden: Dabei werden die Beteiligten die Mars-Mission auf der Erde simulieren, voraussichtlich in einem Steinbruch in Deutschland. Bei dieser Simulation spielt die Würzburger UAP-Kamera ebenfalls eine wichtige Rolle: Ihre Videoaufnahmen vom Himmel liefern ausreichend große Datenvolumina, um die Belastbarkeit des Kommunikationssystems zu testen.

Läuft die Analogmission gut, was wäre dann der nächste Schritt? „In einem möglichen Nachfolgeprojekt müsste die Hardware für einen Einsatz auf dem Mars angepasst werden“, erklärt Hakan Kayal. Denn dort herrschen harsche Bedingungen: Die Atmosphäre ist dünn, die Durchschnittstemperatur liegt bei minus 63 Grad Celsius und regelmäßig fegen große Staubstürme über den roten Planeten.

Förderung und weitere Fakten
Das Würzburger VaMEx-3-Teilprojekt „Demonstration einer vollständigen Funkstrecke für die Satellitenkommunikation mit non-Line-of-Sight Rovern zur Exploration des Valles Marineris“ wird unter dem Förderkennzeichen 50RK2451A von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.

Das Projekt ist am Interdisziplinären Forschungszentrum für Extraterrestrik (IFEX) der Universität Würzburg angesiedelt. Neben Projektleiter Professor Hakan Kayal und Projektmanager Clemens Riegler wirken vier weitere Mitarbeitende und drei studentische Hilfskräfte im Teilvorhaben VaMEx3-MarsSymphony mit. Offizieller Start des auf zwei Jahre angelegten Projekts war am 1. August 2024; das Kickoff-Meeting fand am 5. September 2024 bei der DLR-Raumfahrtagentur in Bonn statt.

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• Zukünftige Mars-Erforschung

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Quelle: Empa 21. September 2022.

21. September 2022 – Der 3D-Druck gewinnt in der Bauindustrie zunehmend an Bedeutung. Sowohl auf Baustellen als auch in Fabriken drucken stationäre und mobile Roboter bereits Bauteile in Stahl und Beton. Ein neuer Ansatz für den 3D-Druck verwendet fliegende Roboter: Drohnen, die kollektive Baumethoden anwenden – inspiriert von natürlichen Baumeistern wie Bienen und Wespen.

Wie das Forschungsteam unter Federführung von Mirko Kovac, der an der Empa das «Materials and Technology Center of Robotics» leitet und zugleich als Professor am «Imperial College London» forscht, mit einer Cover-Story im Wissenschaftsmagazin «Nature» berichtet, besteht das System mit dem Namen «Aerial Additive Manufacturing» (Aerial-AM) aus einer Flotte von Drohnen, die für einen einzigen Bauplan zusammenarbeiten. Dazu gehören sogenannte «BuilDrones», die während des Fluges Materialien drucken und an den vorgesehenen Stellen platzieren, und «ScanDrones». Sie dienen der Qualitätskontrolle, erfassen kontinuierlich die Leistungen der «BuilDrones» und geben die kommenden Fertigungsschritte vor.

Das Aerial-AM-System ist so konzipiert, dass die Drohnen ihre Tätigkeit im Lauf des Bauprozesses an die unterschiedlichen Geometrien der Struktur anpassen können. Sie agieren während ihres Flugeinsatz autonom, doch es gibt einen menschlichen «Controller», der den Prozess beobachtet und bei Bedarf Anpassungen vornimmt – auf der Grundlage der von den Drohnen gelieferten Informationen.

Tests mit Zylindern aus zwei Materialien
Um das Konzept zu testen, entwickelten die Forscher vier zementähnliche Mischungen, mit denen die Drohnen bauen sollten. Die Probedrucke umfassten einen rund zwei Meter hohen Zylinder aus 72 Schichten eines Schaumstoffs auf Polyurethanbasis und einen 18 Zentimeter hohen Zylinder aus 28 Schichten eines eigens entwickelten zementartigen Materials.

Während des gesamten Bauprozesses bewerten die Drohnen die gedruckte Geometrie in Echtzeit und passen ihr Verhalten an, um sicherzustellen, dass sie eine Fertigungsgenauigkeit mit einer maximalen Abweichung von fünf Millimetern einhalten.
Die bisherigen Versuche stimmen die Forschenden zuversichtlich – auch mit Blick auf Einsätze in der Baupraxis. «Wir haben demonstriert, dass die Drohnen autonom arbeiten können, um Gebäude zu errichten und zu reparieren, zumindest im Labor», sagt Mirko Kovac, «diese skalierbare Lösung könnte das Bauen und Reparieren in schwer zugänglichen Bereichen wie Hochhäusern erleichtern.»

Im nächsten Schritt werden die Fachleute mit Bauunternehmen zusammenarbeiten, um die entwickelten Lösungen in der Praxis zu validieren und neue Reparatur- und Fertigungsmöglichkeiten zu entwickeln. Sie gehen davon aus, dass ihre Technologie im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Methoden erhebliche Kosteneinsparungen und geringere Risiken ermöglichen wird.

Originalpublikation
K Zhang, P Chermprayong, F Xiao, D Tzoumanikas, B Dams, S Kay, B Bahadir Kocer, A Burns, L Orr, C Choi, D Dattatray Darekar, W Li, S Hirschmann, V Soana, S Awang Ngah, S Sareh, A Choubey, L Margheri, V M Pawar, R J Ball, C Williams, P Shepherd, S Leutenegger, R Stuart-Smith, M Kovac; Aerial Additive Manufacturing with Multiple Autonomous Robots; Nature (2022); doi: 10.1038/s41586-022-04988-4
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04988-4

3D-Druck mit Drohnen
Video zum Forschungsprojekt, zu Resultaten und Aussichten (auf englisch)

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• 3D-Drucker in der Raumfahrt

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Quelle: DLR 1. Juli 2022.

1. Juli 2022 – Roboter können in Gegenden vordringen, die für Menschen gefährlich oder unerreichbar sind. Sie können sogar fremde Planeten erkunden – oder den Mond. Das wurde jetzt am Vulkan Ätna (Italien) gezeigt: Unterschiedliche Roboter haben selbstständig Aufträge erledigt – sie haben Gesteinsproben genommen, analysiert und die Ergebnisse an einen Kontrollraum weitergeleitet. Neben dieser „Geological Mission I“ wurden zwei weitere Szenarien vorgestellt. Sie bilden den Abschluss des Helmholtz-Projekts ARCHES (Autonomous Robotic Networks to Help Modern Societies). Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) leitet das Projekt. Die Lava-Landschaft am sizilianischen Vulkan Ätna ähnelt der Mondoberfläche und eignet sich deswegen gut als Testumgebung. Neben der losen, grobkörnigen Beschaffenheit sind auch die erstarrten Lava-Schichten realistische Herausforderungen für Erkundungsmissionen.

„Teams aus mobilen Robotern haben bei künftigen Weltraum-Missionen eine wichtige Rolle. In heterogenen Teams ergänzen und unterstützen sich die Roboter mit ihren unterschiedlichen Fähigkeiten. Sie dienen als verlängerter Arm und verlängertes Auge des Menschen“, erklärt Dr. Armin Wedler, Projektleiter im DLR-Institut für Robotik und Mechatronik. In der „Geological Mission I“ sah das so aus: Zwei Roboter waren gemeinsam autonom unterwegs. Dazu kommt noch eine Drohne. Roboter LRU1 (Light weight rover unit 1) bewertet Bodenproben über seine Kameras, er gilt im Team als der „Wissenschaftler“. LRU2 übernimmt die Rolle des „Assistenten“, er sammelt Bodenproben ein, bringt sie zum Lander oder analysiert sie mit LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy; Laser-induzierte Plasmaspektroskopie).

Für LIBS wird ein leistungsstarker gepulster Laserstrahl auf die Probe gerichtet. Das Material verdampft teilweise und über das entstandene Plasma erkennt LIBS unterschiedliche Elemente. Das ARCHES LIBS Modul ist eine Entwicklung des DLR-Instituts für Optische Sensorsysteme. LRU2 transportiert außerdem Materialboxen, hat Platz für Werkzeug und stellt sicher, dass LRU1 immer WLAN hat. Die Drohne ARDEA gilt im Team als „Kundschafter“ und kartiert das Gelände. Wegen des zeitweise starken Windes am Ätna konnten die Fähigkeiten von ARDEA und LIBS nicht bei allen Durchläufen eingesetzt werden.

Die drei Szenarien basieren auf unterschiedlichen Rahmenbedingungen
Die „Geological Mission I“ geht davon aus, dass die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Aufgaben der Roboter von der Erde aus überwachen. Anders ist es bei der „Geological Mission II“, die ebenfalls am Ätna gezeigt wurde. Hier werden die Roboter von einer Station im Orbit gesteuert. Neben LRU1 und LRU2 sammelt der Interact Rover Gesteinsproben und bringt sie zu einem Lander. Der Interact Rover hat einen Kameraarm und einen Greifarm, der auch ein haptisches Feedback gibt. Das heißt, er ermöglicht den weit entfernten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ein Tastgefühl für die Gesteinsproben. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat einen Roboterarm mit einer Hand als haptische Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt. Der vierte Roboter – der Scout-Rover – ist mit einem WLAN-Repeater ausgestattet und platziert sich so, dass Interact kontinuierlich Verbindung zum Kontrollraum hat. Bei der „Geological Mission II“ arbeiten die Roboter nicht autonom, sondern werden von einer Astronautin oder einem Astronauten gelenkt.

Bei der Demomission übernahm der deutsche Astronaut Thomas Reiter diese Aufgabe in einem eigens eingerichteten Kontrollraum in Catania, der etwa 23 Kilometer entfernt war. Die „Geological Mission II“ ist gleichzeitig der Abschluss der Analog-1-Kampagne der Europäischen Weltraumorganisation ESA. 2019 hatte ESA-Astronaut Luca Parmitano im Rahmen der Analog-1-Kampagne von der Internationalen Raumstation ISS aus den Interact Rover in einer simulierten Mondumgebung in den Niederlanden gesteuert.

Antenne für die Rückseite des Mondes
Im dritten Szenario „LoFar Experiment“ ging es um die Installation und Wartung eines Niederfrequenz-Funkantennenfeldes (LoFar, Low-Frequency Radio Array). Die LRU-Rover und die Drohne ARDEA haben so die Aufstellung des Antennensystems auf der Rückseite des Mondes simuliert. Eine entsprechende Antenne könnte von der Mondrückseite in die Tiefen des Weltalls gerichtet werden.

Das Helmholtz-Zukunftsprojekt ARCHES
Im Helmholtz-Zukunftsprojekt ARCHES (Autonomous Robotic Networks to Help Modern Societies) werden seit 2018 heterogene, autonome, vernetzte robotische Systeme entwickelt. Nicht nur die Roboter sind unterschiedlich, sondern auch die Anwendungsfelder. Neben der Erkundung des Sonnensystems ist zum Beispiel die Umweltüberwachung der Ozeane und die Unterstützung bei Krisen auf der Erde möglich.

Die Demo-Mission „Space“, die jetzt auf dem Ätna stattfand, musste wegen der Corona-Pandemie mehrmals verschoben werden. Eine Demo-Mission „Tiefsee“, die ebenfalls zu ARCHES gehört, wurde Ende 2020 durchgeführt.

Die Demo-Mission „Space“ wurde vom DLR gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) in Catania durchgeführt. Weitere ARCHES-Projektpartner sind das Alfred-Wegener-Institut (AWI, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung) und das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR). Vor fünf Jahren gab es bereits die Demomission ROBEX (Robotische Exploration unter Extrembedingungen) auf dem Ätna. ARCHES erweitert auch die Erkenntnisse, die durch ROBEX gewonnen wurden.

Neben dem DLR-Institut für Robotik und Mechatronik sind das DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik, das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation, das DLR-Institut für Optische Sensorsysteme und die Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining an ARCHES beteiligt.

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• DLR

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Aus Anlass der Mars-Simulation AMADEE-20, die im Oktober 2021 in Israel stattfand, versammelte das Österreichische Weltraum Forum (ÖWF) Forscher und Forscherinnen aus Europa und Israel beim Science Workshop in Wien, um erste Erkenntnisse zu diskutieren. Die endgültigen Daten werden in den nächsten 12 Monaten der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse sollen zukünftige astronautische Missionen zu Mars und Mond mitvorbereiten. Eine Presseaussendung des Österreichischen Weltraum Forums (ÖWF).

Quelle: ÖWF.

4. April 2022. Dazu Gernot Grömer, Direktor des Österreichischen Weltraum Forums: „Das Österreichische Weltraum Forum verfügt mit mehr als 800 Stunden simulierter Mars-Außenbordeinsätze im Raumanzug-Simulator über einen in Europa einzigartigen Datensatz. Aktuell haben wir mehrere Projekte der Europäischen Weltraumorganisation ESA laufen, wo die Ergebnisse aus unserer Mars-Simulation in Israel einfließen sollen. So können einige der Resultate auf den Mond übertragen werden. Etwa im Umfeld des ARTEMIS-Programm der NASA mit ESA Beteiligung, wo auch ÖWF-Inputs helfen, Astronauten und Astronautinnen auf der Mondoberfläche zu unterstützen.“

Neben Forschungsergebnissen rund um den Faktor Mensch lag der Fokus beim ÖWF-Science Workshop auch auf Rovern und Drohnen, die ähnlich wie auf dem Mars oder Mond eingesetzt werden und für die Arbeit der Astronauten und Astronautinnen unentbehrlich sind.

Im Rahmen des DLR Experiments RETINA wurde eine neue Methode zur Erkennung von Netzhautschädigung validiert, die aktuell der ESA Astronaut Matthias Maurer an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) testet.

Zu den internationalen Teams aus dem Bereich Robotik und Software gehört auch jenes um Univ. Prof. Stephan Weiss von der Universität Klagenfurt. Er hat eine kamerabasierte, autonome Navigation für Drohnen entwickelt. Diese ist für Einsätze auf dem Mars essenziell, da es dort kein GPS gibt und die Drohnen somit orientierungslos wären. Stephan Weiss und sein Team stehen dabei in enger Abstimmung mit dem Jet Propulsion Laboratory der NASA, das diese autonome Navigation aktuell am Mars testet. So konnte bei der AMADEE-20 Mission erstmals eine Nahbereichserkundung mit der AMAZE Drohne demonstriert werden, eine Fähigkeit, die dem Mars Helikopter Ingenuity noch fehlt.

Olivia Haider, vom ÖWF Vorstand dazu: „Diese Mars Simulation unter österreichische Führung war eine Drehscheibe für die Zusammenarbeit internationaler Forschungsteams.  So nutzen die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Universität Lissabon das Roboter-Fahrzeug der TU Graz. Sie konnte zeigen, wie sich mit haptischem Feedback die Effizienz zur Roboter-Steuerung durch Astronauten und Astronautinnen verbessern lässt.“

Weitere Information:
AMADEE-20 Missionsseite
Video: AMAZE Drohne, Universität Klagenfurt

ÜBER DAS ÖSTERREICHISCHE WELTRAUM FORUM
Das Österreichische Weltraum Forum (ÖWF) gehört im Bereich der Analogforschung weltweit zu den führenden Organisationen, die an der Vorbereitung astronautischer Erforschung anderer Planeten mitarbeiten. ExpertInnen verschiedenster Disziplinen bilden innerhalb des ÖWFs die Basis für diese Arbeit. Gemeinsam mit nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen, Industrie und Unternehmen unterschiedlicher Branchen wird hier Forschung auf höchstem Niveau betrieben. Dabei nutzt das ÖWF seine ausgezeichneten Kontakte zu Meinungsbildner*innen, Politik und Medien, um österreichische Spitzenforschung und Technologie international voranzutreiben und bekanntzumachen. Das Österreichische Weltraum Forum ist zudem einer der wichtigsten Bildungsträger in Österreich, wenn es um Raumfahrt und darum geht, junge Menschen für Wissenschaft und Technik zu begeistern sowie ihnen einen Zugang zu dieser Branche zu ermöglichen. Neben der Betreuung von universitären Arbeiten bietet das ÖWF auch immer wieder Studierenden und SchülerInnen die Möglichkeit, im Rahmen von Praktika ihr Wissen zu erweitern. oewf.org

Medienkontakt:

Reinhard Tlustos
Media Officer Stv.
Austrian Space Forum
Tel: +43 699 81304844
reinhard.tlustos@oewf.org

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• Marssimulation AMADEE des Österreichischen Weltraum Forums

Der Beitrag ÖWF lud hochkarätige Raumfahrt-Forschungsteams nach Wien ein erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

Ein Waldbrand, eine Sturzflut, ein Erdrutsch: Wie kommen Feuerwehrleute und Helfer möglichst schnell an Ort und Stelle? Welche Maßnahmen sind notwendig? Welche Erfahrungen bestehen aus vergangenen Katastrophen? Das Projekt HEIMDALL gibt Antworten – über eine digitale Plattform, die alle Informationen bündelt. Bei der virtuellen Abschlusspräsentation wurde jetzt gezeigt, welchen Nutzen es zum Beispiel bei einem Waldbrand haben kann. Das Institut für Kommunikation und Navigation hat das internationale Projekt koordiniert, das Earth Observation Center (EOC) im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat die Satellitendaten verarbeitet.

In einem Waldstück nahe der spanischen Stadt Girona steigt Rauch auf – kein realer Brand, sondern eine Simulation, die die Fähigkeiten der HEIMDALL-Plattform verdeutlicht. Feuerwehrleute können auf einem Bildschirm die Ausmaße des mutmaßlichen Feuers markieren. Ein Drohnenschwarm, dessen Flugbahn von einem Algorithmus bestimmt wird, ermöglicht nicht nur einen Blick von oben auf das Feuer. Er liefert auch detaillierte Daten über die Wärmeentwicklung. Mit ihrer Hilfe werden die Hotspots des Feuers ermittelt, die neue Brände anfachen und zu einer Gefahr für die Feuerwehrleute werden können. Das System erkennt dabei Stellen, die nur 15 Zentimeter klein sind. Außerdem fließen Wetterdaten in die Analyse ein, ebenso wie Erfahrungswerte aus vergangenen Brandkatastrophen. So kann schnell eine Strategie entwickelt werden, um den Brand zu bekämpfen.

„Die Reaktionsfähigkeit zu verbessern, bedeutet letztendlich Leben zu retten“
„Die HEIMDALL-Plattform unterstützt Ersthelfer und Behörden bei der Bewältigung verschiedener Situationen“, sagt Tomaso de Cola, Projektleiter vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation in Oberpfaffenhofen. „Die Reaktionsfähigkeit zu verbessern und Zeiten zu optimieren, bedeutet letztendlich Leben zu retten.“

Satellitendaten aus dem All spielen eine große Rolle beim Katastrophenmanagement. Sie bieten ortsbezogene Informationen und tragen dazu bei, Notsituationen besser einschätzen zu können. Dazu bringt das DLR Informationen zur Lage- und Risikoeinschätzung zusammen und zeigt so, über welche Wege zum Beispiel eingeschlossene Personen zu erreichen sind. Die Satellitendaten werden in kürzester Zeit aufgenommen, analysiert und weiterverarbeitet. Gleichzeitig liefert das Archiv Informationen über den Verlauf von früheren Katastrophen.

Die HEIMDALL-Plattform kann nicht nur bei Bränden, sondern ebenfalls bei Hochwasser, Sturzfluten und Erdrutschen genutzt werden – auch das wurde bei der Abschlusspräsentation in Spanien erklärt. Die Plattform erleichtert die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Behörden und Institutionen. Die Beteiligten können Informationen austauschen, Katastrophenszenarien aus der Vergangenheit abrufen und erhalten Hinweise auf mögliche Entscheidungswege. Auch eine länderübergreifende Kooperation ist möglich. Informationen und Bilder von Feuerwehrleuten oder anderen Rettern vor Ort lassen sich über eine eigene App sofort in das Lagebild integrieren. Die Warnung der Bevölkerung ist ebenso ein Aspekt. „Die HEIMDALL Plattform kann zu einer besseren gemeinsamen Notfallreaktion beitragen“, erklärt Tomaso de Cola.

Ein Werkzeug zum Gefahren-Management
Das Projekt HEIMDALL (Multi-Hazard Cooperative Management Tool for Data Exchange, Response Planning and Scenario Building) wurde von der EU im Rahmen des H2020-Programms gefördert. Das Projekt mit internationalen Partnern startete im Frühjahr 2017. Experimente mit einem Drohnenschwarm, die im März 2019 in Spanien durchgeführt wurden, haben die weitere Entwicklung vorangetrieben. Die Ergebnisse des Projekts wurden durch einen Ausschuss der EU-Kommission bewertet. Sie können nun weiterverwendet werden.

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• DLR

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Ein Beitrag von Roman van Genabith. Quelle: NASA JPL.

Die Anforderungen an einen Landeplatz für eine interplanetare Mission sind hoch. Das Terrain muss die Landung, die Fortbewegung und die Energieversorgung begünstigen, sofern das Landefahrzeug solargetrieben ist. Zudem sollte die Umgebung auch ein angemessenes wissenschaftliches Potenzial haben.

Die Suche nach solchermaßen geeigneten Orten ist, bedingt durch die limitierten Beobachtungsmöglichkeiten, ein anspruchsvolles Unterfangen. Die NASA verfolgt verschiedene Ansätze, die verbesserte Geländekenntnisse auf fremden Himmelskörpern zum Ziel haben. So arbeitet die NASA etwa gemeinsam mit dem JPL am Konzept eines Helikopters, der einem Rover und seinen Fahrern eine erweiterte Umgebungsübersicht liefern soll, welche die Fahrtplanung vereinfachen und die Mission beschleunigen könnte, Raumfahrer.net berichtete. Eine andere Herangehensweise könnte möglicherweise auch für die Landung von Astronauten zu einem Zeitpunkt in ferner Zukunft eine Rolle spielen.

Preliminary Research Aerodynamic Design to Land on Mars (PRANDTL-M) heißt ein Konzept, das in der ersten Hälfte des kommenden Jahrzehnts verwirklicht werden könnte. Dabei handelt es sich um eine Drohne, die geeignete Landeplätze für Marsmissionen aufspüren soll, eventuell auch für die ersten Astronauten auf dem roten Planeten.

Bei dem Gefährt, dessen Bezeichnung übersetzt etwa „Vorläufiges aeronautisches Forschungsdesign zur Landung auf dem Mars“ heißt, soll es sich um einen Nurflügler mit einer Spannweite von etwa 60 Zentimetern handeln. Die Drohne soll unter Marsschwerkraft (0,38 G) weniger als 450 Gramm wiegen und aus einem widerstandsfähigen Verbundwerkstoff gefertigt sein. In Frage kommt zum Beispiel Glasfaser- oder kohlenstoffverstärkter Kunststoff.

Aufgaben der Marsdrohne
Ähnlich wie ein hypothetischer Helikopter, der als Kundschafter und Führer für einen Rover fungiert und das Gelände in Fahrtrichtung beobachtet, wäre auch die Aufgabe einer Erkundungsdrohne die landschaftliche Aufklärung, nur in einem größeren räumlichen Umfang. Ein solches Mars-Flugzeug könnte mögliche Landeplätze überqueren und hochauflösende, detailreiche Fotos machen, anhand derer die Missionswissenschaftler einen geeigneten Landeplatz ermitteln, hofft Al Bowers, Chefwissenschaftler am NASA Armstrong Flight Research Center.

Ten minutes of Terror
Als Taxi zum Mars würde eine Rovermission fungieren. Diese würde die Drohne bei Eintritt in die Atmosphäre in einem CubeSat ausklinken, der Teil des Hitzeschilds sein wird und die Reise als Ballast mitmacht. Auf diese Weise bliebe das Missionsbudget nahezu unverändert.

Nach dem Abwurf soll der CubeSat die Drohne freisetzen, die dann ihren rund zehnminütigen Abstieg durch die Marsatmosphäre beginnen wird, eine Flugphase, die den damaligen „7 Minutes of Terror“ bei der Landung von Curiosity ähneln und einen finalen Test von Stärke und Haltbarkeit des winzigen Flugzeugs darstellen dürfte. Insgesamt wird die Drohne rund 30 km weit fliegen.

Schwierige Landung
Wie viele interplanetare Missionen ist das skizzierte Konzept anspruchsvoll. Deshalb beginnt die NASA bereits in diesem Jahr mit ersten Tests. Zunächst soll bei mehreren Versuchen von Collegestudenten ein Modell des Gleiters in verschiedenen, ungewöhnlichen Fluglagen erprobt werden.

„Die Wissenschaftler erwarteten zwar, dass der Gleiter sich wieder fange. Aber wenn wir das schließlich wissen, werden wir ihn beruhigter von einem Ballon in großer Höhe fliegen lassen“, spielt Bowers auf die nächste Stufe der vorbereitenden Tests an. Von einem Höhenballon aus rund 30 km Höhe soll eine Drohne abgeworfen werden und zu Boden segeln. Zumindest in der Abwurfhöhe ähneln die Bedingungen etwas der Marsatmosphäre, die deutlich dünner als die irdische Lufthülle ist.

Doch naturgemäß lässt sich der Ernstfall auf der Erde nicht unter realen Einsatzbedingungen testen. Die Atmosphäre in den tieferen Luftschichten weist deutlich andere Eigenschaften auf als auf dem Mars, was sich auch auf die Flugeigenschaften der Drohne auswirkt. Zudem verwendet der Gleiter bei seinem Testflug ein GPS-gestütztes Wegpunktnavigationssystem, das auf dem Mars ebenfalls nicht zur Verfügung steht.

Insgesamt zwei Ballonflüge sind geplant, einer im laufenden, einer im kommenden Jahr. Während der Flüge soll auch die Nutzlast der Drohne getestet werden. Zur Nutzlast gehören eine hochauflösende Kamera zur Geländeerkundung und ein Höhenradiometer, das auch Aufschlüsse über das Strahlungsspektrum in hohen Schichten der Erdatmosphäre liefern könnte.

Den Projektwissenschaftlern bleibt indes noch etwas Zeit, die verschiedenen Variablen zu durchdenken. Einen ersten Start von PRANDTL-M plant die NASA zwischen 2022 und 2024.

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: Boeing, ULA, USAF. Vertont von Peter Rittinger.

Der von Boeing auf Basis des BSS-702-Satellitenbusses für das US-amerikanische Verteidigungsministerium (Department of Defence, DOD) gebaute Satellit wurde von der Delta-Rakete mit der Nummer 362 befördert. Im 30 Minuten breiten, von 2.26 Uhr bis 2.57 Uhr MESZ reichenden Startfenster hob die Rakete um 2.27 Uhr MESZ mit dem beim Start rund 6.000 Kilogramm schweren Satelliten, angetrieben von einem Triebwerk Pratt & Whitney Rocketdyne RS-68 in der ersten Stufe und vier Feststoffboostern, von der Startrampe SLC37B auf der Cape Canaveral Air Force Station (CCAFS) in Florida ab.

Nachdem die vier Feststoffbooster nach rund 94 Sekunden und die Zentralstufe der in Medium+(5,4)-Konfiguration (Nutzlastverkleidung mit 5 Metern Durchmesser, 4 Feststoffbooster des Typs ATK GEM-60, 1 Pratt & Whitney Rocketdyne RL10B-2-Triebwerk in der Oberstufe DCSS) fliegenden Rakete nach rund 247 Sekunden ausgebrannt waren, kam die DCSS an die Reihe. Zwei Brennphasen der DCSS folgten, unterbrochen von einer acht Minuten dauernden Freiflugphase. Anschließend wurde WGS 5 nach knapp über 40 Flugminuten in einem supersynchronen Transferorbit ausgesetzt.

Gemäß Angaben des Startanbieters United Launch Alliance (ULA), der zusammen mit der US-amerikanischen Luftwaffe den Start durchführte, sollte die supersynchrone Bahn ein Perigäum, das heißt, einen der Erde nächstliegenden Punkt, von 441,5 Kilometern und ein Apogäum, das heißt, einen erdfernsten Punkt, von 66.922 Kilometern über der Erdoberfläche aufweisen. Die Inklination, das heißt die Neigung der Bahn gegen den Äquator zum Zeitpunkt des Aussetzens von WGS 5, war auf einen Wert von 24 Grad angesetzt. Der Start von WGS 5 war laut ULA ein Erfolg.

Zum Erreichen der für seinen Einsatz vorgesehenen Umlaufbahn steht dem Satelliten ein eigenes R-4D-Flüssigkeitstriebwerk zur Verfügung, das nun innerhalb eines Zeitraums von zwei Wochen mehrfach zum Einsatz kommen wird. Außerdem ist der Satellit mit vier Ionentriebwerken des Typs XIPS-25 ausgestattet, die zum Abbau der Exzentrizität, der Abweichung der Bahn des Satelliten von der Kreisform, benutzt werden können. Nach der Zirkularisierung seiner Umlaufbahn soll WGS 5 eine Position im Geostationären Orbit einnehmen und dort amerikanischen Militäreinheiten im Feld zur Verfügung stehen. Betreiben wird den Satelliten die US-amerikanische Luftwaffe.

WGS 5 ist der fünfte in einer Reihe militärischer Kommunikationssatelliten, deren Konstellation insbesondere die der ältern DSCS-III-Satelliten ergänzt und ablöst (DSCS = Defense Satellite Communications System – Verteidigungs-Satellitenkommunikationssystem). Im Unterschied zu den DSCS-Satelliten tragen die Raumfahrzeuge des WGS-Typs auch Ka-Band-Transponder und sind erheblich leistungsfähiger. Jeder WGS kann 19 unterschiedliche Ausleuchtzonen gleichzeitig, darunter 10 richtbare im Ka-Band und 8 richtbare im X-Band, bedienen.

Das Block-2-Raumfahrzeug WGS 5 mit zusätzlichen Ausstattungsmerkmalen wird seine Aufgaben nach Angaben aus den Vereinigten Staaten zwischen 10 und 15 Jahre lang erfüllen können. Block 2 unterschiedet sich von Block 1 beispielsweise durch eine um rund das dreifache größere Datenübertragungsrate beim Transport von Bildmaterial von bis zu bis 311 Megabit pro Sekunde. Drohnen des Typs Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk beispielsweise lassen sich über die Block-2-Satelliten steuern.

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