Auf dem Langenferner bei Santa Caterina Valfurva in Italien wurde zwischen dem 9. und 29. August 2017 ein gemeinsamer Gletschertest der Enceladus-Explorer-Initiative (EnEx) durchgeführt. Ziel der vom DLR-Raumfahrtmanagement geschaffenen Initiative ist die Vorbereitung einer Raumfahrtmission zur Suche nach außerirdischem Leben auf dem Saturnmond Enceladus, der unter seiner mehreren Kilometer dicken Eisdecke einen globalen Wasserozean beherbergt. Eine autonom navigierende Schmelzsonde soll unter der Eisoberfläche wassergefüllte Spalten detektieren, anbohren, Flüssigkeitsproben nehmen und analysieren. Innerhalb der EnEx-Initiative werden neue Schlüsseltechnologien entwickelt, bisher insbesondere zur Navigation im Eis. Diese Technologien sollen eine zukünftige Raumfahrtmission zum Enceladus ermöglichen.

Bereits im letzten Jahr hatte eine Erkundung der RWTH gezeigt, dass das Umfeld der hochalpinen Hütte Refugio Gianni Casati am Gletscher Langenferner in den Ortleralpen ein idealer Teststandort für die erdgebundene Erprobung der entwickelten Navigationssysteme bietet. Nun fanden sich mehr als 20 Wissenschaftler für einen intensiven dreiwöchigen Feldtest ein. Beteiligt waren neben der RWTH, die FH Aachen, die TU Braunschweig, die Universität Bremen und die Aachener Firma GSI GmbH.

Der Feldtest auf dem Gletscher in über 3.000 Meter Höhe war erfolgreich: Während der Expedition konnte ein breites Spektrum an Messungen durchgeführt und mehrere Navigationsszenarien im Eis getestet werden. Ein Kernziel war die Erprobung eines neuartigen Netzwerks aus autonomen Eisschmelzsonden zur Ultraschall-basierten Positionsbestimmung der navigierbaren Sonde, welches im Rahmen des Projektes „EnEx-RANGE“ der RWTH entwickelt wird. Es wurden auch akustische Ortungsmessungen in Tiefen von über 20 Meter unter dem Eis, sonografische Messungen zur Identifikation von Hindernissen im Vorfeld der Sonde und Messungen zur akustischen Dämpfung im Gletscher durchgeführt.

Durch die Zusammenarbeit mit der GSI GmbH konnten für das Projekt „EnEx-nExT“ der FH Aachen wertvolle Erfahrungen im Betrieb einer überarbeiteten navigierbaren Sonde gewonnen werden, die sich als sehr zuverlässig erwies. Im Rahmen des Projektes „EnEx-MIE“ der TU Braunschweig wurden Navigationsmessungen mit einem präzisen Magnetometer durchgeführt. Außerdem erstellten die Wissenschaftler eine hochpräzise fotogrammetrische Kartierung der Oberfläche des Testgebietes.

Die Daten aller einzelnen Systeme wurden über die Oberflächenstation direkt an die Computer des Projektes „EnEx-CAUSE“ der Universität Bremen weitergeleitet. Hier konnten die Daten erfolgreich gebündelt und online die Position und Lage aller Sonden im Eis genau bestimmt werden. Das Ergebnis wurde genutzt, um den Pfad der navigierbaren Schmelzsonde zu planen und diesem autonom zu folgen. Hierbei koordinierten sich die Autonomie-Module von EnEx-CAUSE und EnEx-RANGE, um während der Fahrt gezielt Messungen durchzuführen.

Für ein weiteres RWTH-Projekt „EnEx-DiMIce“ wurden zwei über 30 Meter lange Ketten mit Temperatursensoren im Gletscher für die Langzeitmessung der Temperatur innerhalb des Eises installiert. Als Ergebnis liegt nun eine große Menge Daten für die Weiterentwicklung der Navigationstechnologien und die Verbesserung der Systeme vor. Für das nächste Jahr ist ein weiterer Feldversuch geplant, um die verbesserten Systeme im Gletscher zu erproben.

Die Universität Bremen ist durch das EnEx-CAUSE-Projekt mit zwei Gruppen an der EnEx-Initiative beteiligt. Die Gruppe „Kognitive Neuroinformatik“ von Prof. Dr. Kerstin Schill entwickelt Algorithmen zur Bestimmung der Position und Lage aller Schmelzsonden sowie zur Kartierungen von Hindernissen im Eis. Darüber hinaus werden Verfahren zur autonomen Entscheidungsfindung und Exploration erforscht und getestet. Die Gruppe „Optimierung und Optimale Steuerung“ von Prof. Christof Büskens ist für die Planung des besten Pfades der navigierbaren Schmelzssonde zuständig. Dieser wird anschließend selbstständig abgefahren, wobei die Schmelzssonde durch die ebenfalls dort entwickelten Algorithmen gesteuert wird.

Gruppenfoto des EnEx-Teams auf dem Gletscher.
Copyright: Institut für Flugführung / TU Braunschweig / EnEx-MIE / Markus Bobbe

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