PolAres Wissenschaft

Das interdisziplinäre und internationale Forschungsprogramm des ÖWF

PolAres war ein interdisziplinäres Forschungsprogramm des Österreichischen Weltraum Forums, um Explorationsstrategien bei einer – durch Roboter unterstützten – bemannten Marsexpedition zu optimieren und gleichzeitig eine unbeabsichtigte Kontamination des Roten Planeten zu vermeiden. Basierend auf den Erfahrungen von simulierten Marsexpeditionen, wie etwa der AustroMars Expedition 2006 in der Moab-Wüste von Utah, bestand PolAres aus folgenden Elementen:

L.I.F.E. Fluoreszenzlaser (Univ. Innsbruck/OeWF) an Bord des MAGMA-Rovers bei einem Labortest.

L.I.F.E. Fluoreszenzlaser (Univ. Innsbruck/OeWF) an Bord des MAGMA-Rovers bei einem Labortest.

  • Entwicklung eines Simulations-Marsrovers (Phileas),
  • eines Raumanzug-Simulators (Aouda)
  • der Untersuchung von Kontaminationsvektoren bei der Exploration
  • Entwicklung und Optimierung von strukturierten Abläufen für die Koordination der Feldcrew und des Mission Support Centers

 

Programmkonzept

Zuerst wurde in einer Scouting-Phase nach geeigneten Mars-analogen Gebieten in Europa und der benachbarten Arktis gesucht. In einem zweiten Schritt wurden ein Stratosphärenballon konstruiert und gestartet. Der Ballon dient als Trainingsprojekt und als Wegweiser für die später folgende Rover-Phase.
Hardwarekomponenten wie zum Beispiel Sensoren und Navigationselemente sollen damit noch vor der Implementierung auf dem Rover getestet werden. In einem letzten Schritt wurde das Mensch-Maschine-Interface zwischen dem Rover und den Analogastronauten getestet.

Zeitrahmen: 2007 – 2017
Programmleitung: Österreichisches Weltraum Forums

 

Wissenschaftlicher Hintergrund

Vorbereitung einer Probe mit Mikrospherulen zur Bestimmung der Kontaminationsvektoren.

Vorbereitung einer Probe mit Mikrospherulen zur Bestimmung der Kontaminationsvektoren.

Der Mars hatte einst alle Umweltbedingungen, welche die Entstehung von Leben ermöglicht hätten. Die Suche nach den minimalen Spuren von Leben, wie etwa Zellwand-Fragmente, etc.. ist eine sehr herausfordernde Aufgabe: Das Risiko ist hoch, dass man genau jene Proben, die man auf Leben hin untersucht, unbeabsichtigt mit biologischem Material von der Erde verschmutzt.

Daher ist das Studium dieser Kontaminationsvektoren eine missionskritische Schlüsseltechnologie. Dies wurde mittels markierter Bakterien und fluoreszierender Partikel gemacht, die bereits in einem Vorläuferexperiment bei AustroMars verwendet wurden.

Die Verteilungsmuster der biologischen Last sollten unter möglichst realistischen Explorationsbedingungen studiert werden – etwa der Probenentnahme mit einem Rover, die Übergabe derselben an Astronauten, aber auch Notfallszenarien, die zu einem Bruch der biologischen Abschirmung führen könnten. Die Strategie basiert auf der Simulation einer Bodenbohrung mit einer sterilen Probenentnahme aus mehr als 10m Tiefe.

Nachdem in einer Mars-analogen Region die regionale Geophysik und Biologie charakterisiert sind, kann die “Ground truth” mit den aus den Experimenten gewonnenen Daten verglichen werden. Damit entsteht ein Maß für die Vollständigkeit der Exploration, oder es zeigt sich, ob wesentliche Eigenschaften übersehen worden waren.

PolAres war eines der wenigen Analogforschungsprogramme, das ein so ausgeprägten Fokus auf Mensch-Maschine-Wechselwirkung legte. Es ist anzunehmen, dass der Erfolg einer zukünftigen realen Expedition von einer optimalen Abstimmung dieser Komponenten abhängt. So belebte PolAres eine alte Debatte, inwiefern die Entsendung von Menschen in astrobiologisch sensitive Regionen auf dem Mars zulässig ist.

Letztlich war PolAres auch ein Katalysator zur Stärkung der europäischen Analogwissenschaften, welcher Forschungseinrichtungen, industrielle Partner und die nächste Generation von Marsforschern verband.

Mars Simulations Rover „Phileas“

Konzeptmodell des Phileas Rovers im Einsatz bei einem Feldtest in Rio Tinto, Südspanien. (c) ÖWF (Paul Santek)

Konzeptmodell des Phileas Rovers im Einsatz bei einem Feldtest in Rio Tinto, Südspanien. (c) ÖWF (Paul Santek)

Robotische Fahrzeuge sind exzellente Partner bei der bemannten Marsforschung: Sie können bei gefährlichen oder sich wiederholenden Aufgaben eingesetzt werden. Außerdem können Sie den Menschen als Relaisstationen ebenso helfen wie als Energiequelle oder für den Transport von Bodenproben oder Gerätschaften. Anders als die derzeit auf dem Mars eingesetzten Rover wie dem Mars Science Laboratory Curiosity oder den Mars Exploration Rovern Spirit und Opportunity war Phileas ein Konzeptmodell eines Rovers, der für den Einsatz gemeinsam mit Astronauten optimiert wurde.

Der PolAres Rover „Phileas“ sollte bis -80° C in der Wüste und in der Arktis funktionsfähig sein (hohe Robustheit), 80 Tage lang ohne Unterbrechung funktionsfähig sein und eine Distanz von bis zu 80 km zurücklegen können (langes Durchhaltevermögen & große Reichweite) und in Gegenden bis zum 80. Breitengrad (Nord / Süd) verwendbar sein (große Flexibilität). Diese drei Anforderungsprofile forderten einen durchdachten thermischen Haushalt, solide Komponenten mit langer Lebensdauer und ein sehr effizientes Energiesystem.

Phileas wurde in Zusammenarbeit mit der HTL TGM Wien entwickelt.

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