Das Fahrzeug hat die Form und ungefähre Grösse eines hochkant gestellten Schuhkartons auf Rädern, ist mit einer Goldfolie überzogen und soll im Jahre 2001 bei der ersten NASA-Robotik-Mission zum Mars mitfliegen. Die Rede ist vom europäischen Mars Rover MIDD (Mobile Instrument Deployment Device). Dieses weltweit kleinste radangetriebene Fahrzeug zum ausserirdischen Einsatz ist im Institut für Raumsimulation der Deutschen Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln-Porz im Auftrage der Europäischen Raumfahrtagentur ESA entwickelt worden.

von Fred Richter

Im Unterschied zu amerikanischen Technikern, die sich bei der Entwicklung von Planetenrovern auf die Fahrleistung, Geländegängigkeit und Manövrierbarkeit, konzentriert haben, legt die europäische Forschung Wert darauf, „ein möglichst kleines, leichtes und doch robustes Fahrzeug zu präsentieren, das viel Nutzlast transportieren kann", erläuterte der Projektleiter Dr. Lutz Richter.

Das Fahrzeug soll künftig vor allem zur Untersuchung der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung der Mars-Oberfläche eingesetzt werden. Dabei wird es Messinstrumente an wissenschaftlich interessante Orte transportieren, alle Daten zur Auswertung aufnehmen und an eine Bodenstation weiterleiten. Der Rover wird sich in einem Umkreis von 50 m um die Landesonde bewegen und ist dabei - wie über eine Nabelschnur - mit einem Kabel zur Stromversorgung und Datenübertragung verbunden. In einer Stunde legt er eine Strecke von fünf Metern zurück. Mit einer Fortbewegungsgeschwindigkeit von einem Millimeter pro Sekunde soll er an auf dem Marsboden liegende Steine herankriechen, Proben nehmen und deren Zusammensetzung analysieren.

Erprobung von "Mikro-Rovern", die auf künftigen interplanetaren Missionen, etwa zum Mars, eingesetzt werden sollen. Bild: Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt

Die Lebensdauer des Rovers beträgt 200 Marstage (1 Marstag = 24 Stunden und 37 Minuten), den Antrieb und den Getriebesatz entwickelte die Oerlikon Contraves Space, während Steuerung und Messinstrumente von der DLR stammen. Der Einsatz dieses Gefährts ist ebenfalls für Forschungen auf dem Mond oder anderen Himmelskörpern vorgesehen.

Von der Erde aus steuerbar

Der Rover wird von der Erde aus dirigiert. Die Synchronisierung der Fernsteuerung über eine so grosse Distanz war eines der grössten Probleme für die DLR-Techniker. Die Funksignale zum Mars sind trotz Lichtgeschwindigkeit (300’000 km pro Sekunde) bis zu 20 Minuten durch das Sonnensystem unterwegs. Das Kommando an den fahrenden Roboter, beispielsweise vor einem Kraterrand zu stoppen, käme mit grosser Zeitverzögerung an, auch ein Videobild vom Mars wäre schon veraltet.

Um derartige Signallaufzeiten zu überwinden, haben die Ingenieure ein kombiniertes Lösungsmodell entwickelt. Der Rover ist so intelligent ausgestattet, dass er Hindernisse wie Steine und Oberflächenerhebungen selber erkennen und überwinden kann.

Zudem wurde eine neuartige Steuerung entwickelt. Mit einer Stereokamera wird von der Landesonde aus - noch bevor der Rover in Aktion tritt - eine Panorama-Aufnahme des Operationsgebiets auf die Erde gefunkt, mit dessen Hilfe dann im Computer eine virtuelle Landschaft simuliert wird. Man rekonstruiert anhand der Bilder die Geologie in allen Einzelheiten und in dreidimensionaler Ansicht. Mit Stereobrille ausgerüstet startet dann ein Operateur das Fahrzeug. Während der virtuelle Rover langsam über die „3D-Marslandschaft" rollt, ist das zeitgleich übermittelte Startkommando an den echten Rover noch viele Minuten unterwegs. Das synthetische Gerät bewegt sich also mit einem zeitgleichen Vorsprung, der exakt der Signallaufzeit entspricht. Daher trifft es auch eine kritische Situation entsprechend früher an, so dass das Stoppkommando rechtzeitig den realen Rover erreicht. Durch diese Technik ist der irdische „Raumfahrer" der Wirklichkeit immer um die nötige Zeit voraus.

Erfolgreicher Test

Damit der Rover bei späteren Einsätzen auf dem Mars seine Aufgaben verlässlich ausführen kann, wurde kürzlich im Institut für Raumsimulation der DLR eine Testfahrt unternommen. Alle miniaturisierten elektromechanischen und elektronischen Komponenten wurden unter simulierten Marsbedingungen geprüft.

Beispiele: Das Funktionsmodell des Mikro-Rovers MIDD fuhr über eine künstliche Marslandschaft und zeigte im Testgelände, was es später auf dem Mars leisten kann. Die Kabelverbindung zwischen Planetenrover und Landesonde wurde einem Spezialtest unterzogen. Die DLR-Techniker überwanden dabei den Widerstand durch das Eigengewicht des Kabels. Das Antriebssystem und der Getriebesatz, von der Contraves Space, Oerlikon gefertigt, wurde in einer Kältekammer bei einer Temperatur von - 30° C einem simulierten Staubsturm ausgesetzt, um die Funktionsfähigkeit unter Bedingungen, wie sie auf dem Mars herrschen, nachzuweisen. Sowohl der DLR-Projektleiter Dr. Lutz Richter, als auch der Ingenieur von Contraves Space waren mit den Testergebnissen zufrieden.

Sowohl das Antriebssystem als auch der Getriebesatz für Europas künftigen Mars-Rover wurden von der Contraves AG, Oerlikon, hergestellt. Ihre Funktionsfähigkeit wurden in der Kältekammer im Institut für Raumsimulation der Deutschen Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt bereits getestet. Bild von Oerlikon-Contraves AG

Beispiele:

Das Funktionsmodell des Mikro-Rovers MIDD fuhr über eine künstliche Marslandschaft und zeigte im Testgelände, was es später auf dem Mars leisten kann.

Die Kabelverbindung zwischen Planetenrover und Landesonde wurde einem Spezialtest unterzogen. Die DLR-Techniker überwanden dabei den Widerstand durch das Eigengewicht des Kabels.

Das Antriebssystem und der Getriebesatz, von der Contraves Space, Oerlikon gefertigt, wurde in einer Kältekammer bei einer Temperatur von -30° C einem simulierten Staubsturm ausgesetzt, um die Funktionsfähigkeit unter Bedingungen, wie sie auf dem Mars herrschen, nachzuweisen.

Sowohl der DLR-Projektleiter Dr. Lutz Richter, als auch der Ingenieur von Contraves Space waren mit den Testergebnissen zufrieden.

Auch für irdische Anwendungen zu gebrauchen

Ein Vorteil der Rovers, so der Institutsleiter Berndt Feuerbacher, sind die geringe Grösse und das Gewicht von nur fünf bis sieben Kilogramm, davon etwa die Hälfte Nutzlast. Dies sei bei einem Kilogrammpreis für einen Marsflug von schätzungsweise 500 000 Dollar ein deutlicher Vorteil gegenüber den etwa doppelt so grossen und doppelt so schweren Marsfahrzeugen, an denen amerikanische Techniker zur Zeit arbeiten. Der Trend gehe sogar zu noch kleineren Geräten, „streichholzschachtelgrosse Ameisen".

In der Kombination von Robotik, Simulationstechnik und Sensorik erschliesst sich nicht zuletzt den beteiligten klein- und mittelständischen Unternehmen ein wertvolles Wissen, das sich nicht nur auf Anwendungen in der Raumfahrt beschränkt. Auch auf der Erde werden diese „Telepräsenz-Systeme" benötigt: überall dort, wo Arbeiten für den Menschen zu riskant wären, etwa bei der Gefahrgut-Bergung und Entsorgung sowie im Umgang mit nuklearen Substanzen, oder auch in nur schwer zugänglichen Arbeitsbereichen von Kanal-und Rohrsystemen bis zur archäologischen Erkundung.