Auch Österreichisches Weltraum Forum testet Software zur Navigation des Mars-Helikopters

Im Rahmen der aktuellen NASA-Mars Mission „Mars 2020“ landet mit dem Mars-Rover „Perseverance“ am 18. Februar 2021 die fünfte Robotermission auf dem Roten Planeten – erstmals dabei: „Ingenuity“, der erste Mars-Helikopter. Während der Mars-Rover nach potentiellen Spuren von vergangenem Leben suchen wird, wird mit dem Mars-Helikopter eine neue Technologie getestet: die Kamera-basierte Navigation. Die dafür notwendige Navigationsmethode wurde von Dr. Stephan Weiss, Professor an der Universität Klagenfurt, mitentwickelt. Daraus entstand beim Jet Propulsion Laboratoy (JPL) der NASA die eingesetzte Software. Eine vergleichbare Software kommt auch bei der nächsten Mars-Analog-Mission „AMADEE-20“ des Österreichischen Weltraum Forums (ÖWF) in Israel zum Einsatz.

Erster Mars-Helikopter Ingenuity testet neuartiges Navigationskonzept

Im Juli 2020 begann für den NASA-Rover „Perseverance“ die lange Reise zum Roten Planeten. Die Landung am Mars wird am 18.Februar 2021, um 21:55 Uhr unserer Zeit erfolgen. An seine Unterseite geschnallt befindet sich ein weiteres Gerät, nämlich der erste Mars-Helikopter „Ingenuity“.
„Der Einsatz eines eigenständig navigierenden Helikopters auf dem Mars ist doppelt bemerkenswert“, sagt Dr. Gernot Grömer, Direktor des Österreichischen Weltraum Forums und erklärt, „Die Atmosphäre des Mars ist viel dünner als die der Erde und somit für einen motorisierten Flug eine echte Herausforderung. Besonders spannend ist auch die neuartige Technologie, die für die autonome Navigation des Helikopters zum Einsatz kommt. Warum man die bracht? Weil, es auf dem Mars kein GPS gibt.“ Genutzt werden hierfür erstmals Kameras und eine speziell dafür entwickelte Software. Diese wurde vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA entwickelt. Maßgeblichen Anteil daran hatte Dr. Stephan Weiss, Professor an der Universität Klagenfurt, Österreich. Das Konzept der Kamera-basierten Navigation ermöglicht es dem Helikopter, selbstständig zu manövrieren und dadurch lokal das Terrain des Roten Planeten zu kartographieren.

Vom Österreichischen Weltraum Forum durchgeführte Mars-Simulationen dienen als Schnittstelle zwischen innovativer Technologie und NASA-Mission

Der Schweizer Dr. Stephan Weiss unterrichtet und forscht momentan am Institut für Intelligente Systemtechnologien an der Universität Klagenfurt. Im Rahmen seiner Dissertation entwickelte er erstmals einen Algorithmus für diese neue Art der Navigation. Danach konnte er den Algorithmus am Jet Propulsion Laboratory der NASA weiterentwickeln. Die nun finale Software wird während der Mars-Mission des Helikopters „Ingenuity“ eingesetzt.
Doch die Weiterentwicklung von Weiss‘ Algorithmen ist damit noch nicht beendet. Die Forschung seines Teams in Klagenfurt beschäftigt sich mit der Verbesserung der Technologie, sodass die Kamera- basierte Navigation robuster und genauer wird – auch für Anwendungen auf der Erde: „Das Konzept der Navigation, die rein auf Kameras basiert, konnten wir bereits während der Mars-Analog-Mission AMADEE-18 des Österreichischen Weltraum Forums unter herausfordernden realistischen Feldbedingungen testen. Wir haben dabei wertvolle Erfahrungen gesammelt und die damals aufgezeichneten Daten haben uns geholfen die notwendigen Algorithmen weiterzuentwickeln. Die gesamte Software wurde verbessert und ist bereit für ihren Einsatz im Oktober 2021. Dann findet die nächste Mars-Analog-Mission des Österreichischen Weltraum Forums, AMADEE-20, in Israel statt“, erklärt Weiss und ergänzt, „Unser Experiment bei der diesjährigen simulierten Mars-Mission heißt AMAZE. Wir sind sehr gespannt auf die Daten, die wir dabei sammeln werden, denn diese können auch unseren KollegInnen des Jet Propulsion Laboratory der NASA weitere Einsichten für künftige Missionen geben.“

Mars-Analog-Missionen wie „AMADEE-18“ und „AMADEE-20“ werden regelmäßig vom Österreichischen Weltraum Forum (ÖWF) an unterschiedlichen marsähnlichen Destinationen weltweit durchgeführt.
Dazu Dr. Gernot Grömer, Direktor des Österreichischen Weltraum Forums: „Im Rahmen unserer Mars-Analog-Missionen arbeiten wir mit zahlreichen internationalen Institutionenzusammen, die alle dasselbe Ziel vor Augen haben: die Erforschung des Roten Planeten voranzutreiben. Bei unseren Missionen testen ausgebildete Analog-AstronautInnen unterschiedliche Technologien, Geräte und Methoden, die durch eine anschließende Analyse verbessert und weiterentwickelt werden können.“

Wie wichtig solche Simulationen auf der Erde für zukünftige astronautische Expeditionen zum Mars sind, erklärt ebenfalls Dr. Gernot Grömer: „Ein Navigationssystem wie das GPS gibt es auf dem Mars nicht. Wenn zukünftig Menschen den Roten Planeten vor Ort erforschen sollen, braucht es eine neue Art der Navigation und Ortsbestimmung, wie eben die innovative Technologie von Dr. Weiss. Da die Gegebenheiten auf dem Mars ganz andere sind als auf der Erde, sind Simulationen von großem Nutzen, um sicherzustellen, dass die eingesetzten Technologien auch wirklich funktionieren. Wir vom Österreichischen Weltraum Forum freuen uns sehr, dass wir auch die Entwicklung der Kamera-basierten Navigation mit unseren Simulationen unterstützen können und sind daher auch schon sehr gespannt auf die Landung des Rovers Perseverance.“

Verläuft die Landung des Rovers samt Helikopter am 18. Februar reibungslos, werden die NASA-WissenschaftlerInnen noch dieses Jahr erste Daten vom Helikopter Ingenuity erhalten. Die astronautische Erforschung des Roten Planeten rückt damit wieder ein Stückchen näher.

Über Perseverance
Nach einer fast sieben Monate dauernden Reise wird Perseverance am 18. Februar 2021 endlich sein Ziel erreichen: den Roten Planeten, genauer gesagt den Jezero Krater. Die NASA führt somit die fünfte Mars-Rover-Mission durch und feiert zugleich auch Premiere mit einer Helikopter-Mission.
Ziele sind unter anderem die Suche nach Anzeichen von vergangenem mikrobiologischem Leben und das Sammeln von Gestein und Bodenproben. Diese werden vorerst noch auf der Oberfläche des Mars‘ gelagert ehe sie im Zuge einer zukünftigen Mission zurück zur Erde gebracht werden.
Angesetzt ist die NASA-Mission „Mars 2020“ für mindestens ein Mars-Jahr, was rund 687 Erd-Tagen entspricht.
Mehr: https://mars.nasa.gov/mars2020/

Über AMAZE
Ohne GPS zu navigieren, kann man sich heutzutage kaum noch vorstellen. Doch auf dem Mars gibt es diese Möglichkeit nicht, weshalb man zu einer Alternative greift: der Kamera-basierten Navigation.
Diese Technologie wird beim Experiment AMAZE während der nächsten Mars-Analog-Mission „AMADEE-20“ im Oktober 2021 in Israel eingesetzt. Dabei erfasst ein Helikopter mit einer eingebauten Kamera visuell die Umgebung, kann somit Hürden einschätzen und Distanzen unfallfrei zurücklegen. Auch werden schnell und effizient Bilddaten von der Oberfläche gesammelt, um ein noch unbekanntes Gebiet zu erforschen oder die Position der Analog-AstronautInnen zu bestimmen. Mehr: https://oewf.org/portfolio/amadee-20/

Über AMADEE-20
Von 4. bis 31. Oktober 2021 wird das Österreichische Weltraum Forum – in Kooperation mit der staatlichen israelischen Raumfahrtagentur Israel Space Agency sowie D-MARS – eine ganzheitliche, analoge Mars-Feldsimulation in der Negev Wüste in Israel durchführen. Diese Expedition wird in einer sogenannten terrestrischen Mars-Analogumgebung stattfinden und dabei von einem Mission Support Center von Österreich aus geleitet. Ein speziell trainiertes, sechsköpfiges Analog-AstronautInnen-Team wird mithilfe von Raumanzugsimulatoren dabei 20 Experimente und Verfahren für die zukünftige astronautische und robotische Exploration des Roten Planeten testen.
Mehr: https://oewf.org/portfolio/amadee-20/

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 MeinungsbildnerInnen, 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. www.oewf.org