AMADEE-20 Mars Simulation

Z wischen 15Okt-15Nov2020 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 Experimente und Verfahren für zukünftige astronautische und robotische Exploration des Roten Planeten testen.

Die Simulation von astronautisch-robotischen Oberflächen-Aktivitäten in terrestrischen Mars-Analogumgebungen hat sich zu einem effizienten Tool für die Entwicklung von Explorations-Architekturen und -Strategien entwickelt. Diese Methode erleichtert es, die Vorteile, aber auch die Grenzen von zukünftigen planetaren-astronautischen Missionen zu verstehen, und hilft darüber hinaus bei der Entwicklung von sogenannten „remote science operations“ – das sind wissenschaftlichen Abläufe, die entfernt, also nicht in der simulierten Marsumgebung, stattfinden, um möglichst effizient die Analog-AstronautInnen bei der Exploration der terrestrischen Mars-Analogumgebung mittels Technologie und Workflows zu unterstützen.

AMADEE-20 general description (787 KB)

General description, mission aims and preliminary exerpiments of the AMADEE-20 Mars Simulation, Israel, Oct/Nov 2020

 

Das AMADEE-20 Testgelände

Das Testgelände befindet sich im Ramon-Krater, dem größtem Erosionskrater in der Negev Wüste im Süden von Israel. Das Testgelände ist geologisch sehr vielseitig: Von sandigen Sedimentstrukturen, die seit 70 Millionen Jahren erodiert werden, bis hin zu Vulkankegeln, die erst einige tausend Jahre jung sind. Dieser Teil der Negev-Wüste ist der nördlichste Ausläufer des ostafrikanischen Grabenbruchs, der in Kenia beginnt. Das Testgelände könnte man am Mars mit dem Vallis Marineris vergleichen. Die nächste Siedlung ist Mitzpe Ramon. Die zu erwarteten Temperaturen im November sind typischerweise zwischen 10-20°C mit niedriger Niederschlagswahrscheinlichkeit.

Ramon Crater, Negev Desert, Israel

AMADEE-20 Testgelände / Negev Wüste, Israel

Die wissenschaftlichen Experimente

ACT
Goldsmiths University of London, UK
Acceptance and Commitment Therapy

Affiliation: Institut für Betriebswirtschaft, Goldsmiths Universität London, Vereinigtes Königreich
Während seiner Arbeit mit Raumfahrt-ExpertInnen, SpitzensportlerInnen und OlympionikInnen erkannte Dr. Karoly Schlosser verschiedene Methoden, mit denen leistungsstarke Personen und Teams ihre herausfordernden Aufgaben mit Erfolg meistern können. Mit den eigenen Gefühlen und Emotionen gut umgehen zu können und den eigenen Gemütszustand zu erkennen, wirkt sich positiv auf Produktivität, Teamarbeit und Belastbarkeit aus. Um die positive Einstellung der Besatzung während der AMADEE-20 Mission aufrechtzuerhalten, wird Dr. Schlosser die sechs Analog-AstronautInnen sowie weitere Mitglieder des ÖWF-Mission Support Centers anhand der ACT-Methode (Acceptance and Commitment Therapy) schulen.
Schlosser erklärt:“Indem wir die Menschen lehren, die Funktionen ihrer eigenen unfreiwilligen Gedanken und Emotionen sowie ihre Reaktionen darauf zu verstehen, können wir dem Individuum zeigen, wie der menschliche Geist auf bestimmte Ereignisse reagiert. So lernen wir zum Beispiel, dass wir alle oftmals ähnlich reagieren und können so Mitgefühl für einander, Präsenz, wenn wir sie am meisten brauchen sowie die Fähigkeit zur Akzeptanz von Schwierigkeiten entwickeln und außerdem das Engagement für gemeinsame Werte kultivieren. Wir können damit die psychologische Flexibilität erhöhen, sodass Menschen bewusster und zielgerichteter auf Dinge, die ihnen wichtig sind, hinarbeiten, selbst in schwierigen und herausfordernden Situationen.”

ACT und wie das Projekt funktioniert
Während des Crew-Trainings wird Dr. Karoly Schlosser die sechs Analog-AstronautInnen und einige Mitglieder des Mission Support Centers mit Hilfe der Acceptance and Commitment Therapy (ACT) sowie Achtsamkeitstechniken aus der kontextuellen Verhaltenswissenschaft ausbilden. Die Ausbildung findet vor der Mission statt, so dass die Besatzung diese Fähigkeiten bereits während der Mission gut anwenden kann. Um die Wirksamkeit des Trainings zu quantifizieren, werden die während des Projekts gesammelten Daten mit Hilfe fortschrittlichster Forschungsmethoden analysiert.
Mehr als 20 Jahre Forschung zeigen die Wirksamkeit dieser Intervention in der Allgemeinbevölkerung mit signifikantem Nutzen im Bereich der psychischen Gesundheit sowie in den Bereichen Militär, Sport, Bildung, Wirtschaft oder anderen Leistungskontexten. Wie Schlosser sagt: “Die Auswertung dieses Experiments soll zu neuen Erkenntnissen führen, die für den Raumfahrtsektor und auch in anderen Leistungsbereichen von Nutzen sein werden. Bei künftigen Missionen wird es von entscheidender Bedeutung sein, Wege zu finden, wie wir wertvolle Fähigkeiten fördern können, die die Besatzung autonom einsetzen kann, um ihre psychische Gesundheit und ihr Verhalten, den Teamzusammenhalt und die Produktivität zu bewahren. Raumfahrtagenturen und Privatunternehmen in diesem Sektor- im Prinzip kann jede Organisation, von der Ausbildung profitieren.”

AEROSCAN
DOME Drone Operations for Martian Environment, Universität Houston, USA, Airvision srl, Italien
Affiliation: Universität von Houston, Texas, USA und Universität von Venedig, Italien in Zusammenarbeit mit sechs Unternehmen aus Italien und den USA

Visualization of the drone (c) Dome research group

Visualisierung der Drone (c) Dome research group

Eine autonom fliegende Drohne hilft bei der Kartenerstellung unbekannten Terrains und bei der Rettung verschollener AstronautInnen
Derzeit arbeitet eine Forschungsgruppe, die als Netzwerk zwischen Studierenden und Unternehmen fungiert, an einer Drohne, die an der bevorstehenden Mars-Analog Mission teilnehmen wird. Es wird die vierte fliegende Version sein, deren Technologie und Design aufgrund der umfangreichen Erfahrung des Teams auf diesem Gebiet weiterentwickelt und verbessert wurde. Die aktuelle Version wurde speziell entwickelt, um Analog-AstronautInnen den Umgang mit der Drohne zu erleichtern, während sie einen Raumanzug tragen. Die Drohne wird zur Erstellung einer Karte eines bestimmten Gebietes und zur Unterstützung bei einer inszenierten Rettungsmission eingesetzt.

Vorteile einer Drohne
Eine Drohne ist das ideale Gerät, wenn es darum geht, in kurzer Zeit ein großes Gebiet mit hochauflösenden Bildern abzudecken. Orbiter werden ebenfalls verwendet, um schnelle und effiziente Scans der Oberfläche eines Planeten zu erstellen, zirkulieren aber in einer Höhe, die die Auflösung der aufgenommenen Bilder begrenzt. Rover hingegen können hochauflösende Bilder liefern, sind aber sehr langsam, was bedeutet, dass sie in kurzer Zeit kein großes Gebiet abdecken können. Daher ist eine Drohne ein guter Kompromiss.

Technische Details
Die Drohne arbeitet autonom, wiegt etwa 2.3 kg und hat eine Flügel-Spannweite von etwa 2 m. Sie ist mit Solarpaneelen ausgestattet, die an der Oberfläche der Flügel befestigt sind. In Kombination mit einer Batterie kann sie bis zu 12 Stunden ununterbrochen fliegen.
Die Drohne startet und landet wie ein Hubschrauber mit Propellern, d.h. es ist keine platzraubende Landebahn erforderlich. Während des Fluges und um Energie zu sparen, kann die Drohne ihre Propeller drehen, indem sie vom VTOL-Modus ((vertikal abheben und landen) in den Flugzeugmodus wechselt. Sie verwandelt sich dann in ein Segel- oder Propellerflugzeug.

Wie das Experiment funktioniert
Während der Mission wird die Drohne ausgesandt, um hochauflösende Bilder eines vordefinierten Gebiets zu machen. Mit diesen Bildern kann eine Karte erstellt werden. Es ist daher nicht notwendig, die Analog-AstronautInnen in unbekanntes Gelände auszusenden, was wiederum mögliche Risiken verringert.
Als Teil der simulierten Marsmission werden die Analog-AstronautInnen so tun als hätten sie sich im Gelände verirrt. Während das Rettungsteam seinen Raumanzug anzieht, wird die Drohne ausgesandt, um nach dem „verlorenen-gegangenen“ Team zu suchen und dessen genaue Position zu bestimmen. Sobald die „verschollenen” Analog-AstronautInnen gefunden wurden, werden die genauen Positionsdaten von der Drohne an das Rettungsteam weitergeleitet.

Ausblick
Die Ergebnisse der AMADEE-20 Mission werden dazu beitragen, diese Technologie weiter zu verbessern. Für künftige Phasen des Projekts plant das Team die Verwendung von Materialien wie Kohlefaser oder bestimmte Arten von Kunststoffen, die in einem Habitat auf dem Mars mit einem 3D-Drucker leicht reproduziert werden können. Für den Fall, dass eine Komponente der Drohne bricht oder ausgetauscht werden muss, können die AstronautInnen auf dem Roten Planeten diese einfach nachdrucken. Darüber hinaus möchte das Team auch, dass die AstronautInnen in der Lage sind, das Design der Drohne anzupassen. Zum Beispiel die Flügel-Spannweite: Wollen die AstronautInnen ein größeres Gebiet abdecken, werden sie längere Flügel drucken. Liegt der Fokus nur auf einem kleinen Gebiet, wäre eine Flügel-Spannweite von 2 m nicht notwendig, so dass die AstronautInnen die Länge verkürzen könnten.
Eine weitere Entwicklung, die das AEROSCAN-Team anstrebt, sind aufblasbare Flügel. Damit soll zum einen sichergestellt werden, dass beim Transport der Drohne nichts beschädigt wird. Zum anderen würde die Drohne nicht zu viel Stauraum beanspruchen. Mit kostengünstigen, wiederherstellbaren Teilen und der Fähigkeit, als Flugzeug und Hubschrauber zu funktionieren, wird die Drohne kostengünstiger und effizienter sein als herkömmliche Drohnen.

Webseite: domeproject.space

AMAZE
Institut für Smart Systems, Universität Klagenfurt, Austria
Autonomous Mars-Analog Zone Exploration
Affiliation: Institut für Smart System Technologies, Universität Klagenfurt, Austria in Zusammenarbeit mit dem NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL)

processed image of the helicopter to show the concept (c) AAU-CNS

bearbeitetes Bild des Helikopters, um das Konzept darzustellen(c) AAU-CNS

Mit den Augen der Kameras navigieren: Wie können Helikopter am Mars gesteuert werden?
Damit sich Maschinen in der Umgebung orientieren können, nutzen sie in der Regel so genannte Navigationssysteme wie GPS. Will man nun Helikopter zur Erkundung fremder Planeten einsetzen, muss man – mangels Verfügbarkeit – auf diese Technologie verzichten. Ein Team der Universität Klagenfurt in Österreich beschäftigt sich mit der Frage, wie man ohne GPS-Systeme Standortbestimmung und Navigation ermöglicht. Das Projekt AMAZE wird einige Antworten dazu liefern.

Kern des Projekts AMAZE innerhalb der Mars-Analog Mission AMADEE-20 unter der Leitung des Österreichischen Weltraum-Forums (ÖWF) ist die kamerabasierte Navigation: Dabei wird der Helikopter mit einer Kamera ausgestattet, die dieselbe Funktion wie die menschlichen Augen erfüllt.
Die Kamera hilft, die Umgebung visuell zu erfassen, Hürden einzuschätzen und Wege unfallfrei zu bewältigen. Das „Gedächtnis“ der Kamera wird in Folge für uns Menschen nützlich sein, indem eindrucksvolle und erkenntnisreiche Bilder der Marsoberfläche zur Verfügung stehen werden, die uns dabei helfen, den roten Planeten besser zu verstehen

Wie das Experiment funktioniert
Der Co-Leiter von AMAZE, Christian Brommer erklärt, wie dies funktioniert: “Ziel ist es, schnell, effizient und flächendeckend Bilddaten von der Oberfläche aufzunehmen und damit die Positionsänderung des Helikopters zu erfassen. Durch den Einsatz eines Helikopters haben wir die Möglichkeit die Höhe für die Aufnahmen frei zu definieren und können damit die abgebildete Pixelgröße auf der Oberfläche variieren. Damit erhalten wir einen Überblick über die Umgebung mit der Qualität, die wir für eine jeweilige Situation benötigen. Für die Aufnahme von wissenschaftlichen Daten verwenden wir geringe Distanzen um die Auflösung der Kamera auf einen kleinen Bereich zu fokussieren, möchten wir jedoch weite Wege zurück legen, eignet sich eine hohe Flughöhe, die uns einen besseren Überblick verschafft. Auf diese Weise kann der Helikopter ein bestimmtes Gebiet auskundschaften und den Heimweg finden oder die Position der, auf der Oberfläche arbeitenden, AstronautInnen bestimmen. Die Auflösung der Bilder ist dabei besser als die Satellitenaufnahmen von Orbitern, die vom Mars bereits ähnliche Bilder zur Verfügung stellen.”

Über den Helikopter
Unter der Leitung von Dr. Stephan Weiss arbeitet das zwölfköpfige Team der Universität Klagenfurt derzeit an der Fertigstellung der Navigation Komponenten des Hubschraubers. Bereits während der Mars-Analog Mission des ÖWFs im Jahr 2018 konnte das Team wertvolle Erfahrungen bezüglich Kamera basierter Navigation auf Mars ähnlichen Oberflächen sammeln. Die aufgezeichneten Daten nutzten sie für die Weiterentwicklung der Algorithmen, die zur Navigation des Helikopters verwendet werden. Eine völlig neue Flugplattform, ein erweiterter Sensoraufbau des Helikopters, sowie neue und verbesserte Algorithmen sollen eine robuste und autonome Mission im Oktober 2020 gewährleisten.

Zusammenarbeit mit dem JPL
Das Team freut sich zudem, zwei Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA willkommen zu heißen, wo Dr. Weiss und Herr Brommer ebenfalls gearbeitet haben. Die während der AMADEE-20 Mission gewonnenen Daten werden an sie weitergegeben. Sie werden diese für Tests und die Weiterentwicklung von Algorithmen und zukünftige Marsmissionen verwenden. Erste Ergebnisse eines Hubschraubers auf dem Mars erwartet das Team frühestens im Jahr 2021, wenn NASAs Helikopter Scout “Ingenuity” auf dem Roten Planeten landen soll.

EXOSCOT
TU Graz, Austria
EXO-Mars Science Corporative Training
Affiliation:Institut für Software-Technik, Technische Universität Graz, Austria

Exoscot navigation demonstration

Exoscot navigation demonstration

Detaillierte Karten für Außeneinsätze und individuelle Aufträge- was ein Rover nicht alles erledigen kann!
Bei der Mars-Analog Mission des Österreichischen Weltraum Forums (ÖWF) darf ein Rover natürlich nicht fehlen. Studierende und ForscherInnen der Technischen Universität Graz, in Österreich, nehmen sich dieser Herausforderung an und entwickeln einen Rover, der in Kombination mit Fluggeräten die Außeneinsätze der Analog-AstronautInnen vorbereiten soll. Diese werden somit effizienter und sicherer durchgeführt. Dazu legt das Team viel Wert auf eine nahtlose Integration des Rovers in die Explorationskaskade.

Die Rover-Hardware
Momentan befindet sich der Rover, der als Plattform für mehrere unterschiedliche Instrumente dienen wird, noch in der Aufbauphase. Er ist eine Weiterentwicklung jenes Gerätes, das bei der AMADEE-18 Mission verwendet wurde und ist größer, schneller und agiler. So wird der Rover beispielsweise eine Geschwindigkeit von bis zu 60km/h erreichen können. Die Navigation erfolgt, wie in der Raumfahrt üblich, primär mit Kameras.

EXOSCOT als Teil der Explorationskaskade
Die Explorationskaskade legt fest, in welcher Reihenfolge die Experimente der AMADEE-20 Mission durchgeführt werden, sodass effizient und wissenschaftlich sinnvoll gearbeitet werden kann. Der Rover verwendet zuvor gesammelte Daten der beiden fliegenden Systeme AEROSCAN und AMAZE, um detailliertere Karten eines Gebietes zu erstellen. Diese Karten bilden wiederum die Grundlage für weitere Experimente.
Der Rover ist vielseitig nutzbar und gewährleistet, dass WissenschaftlerInnen verschiedener Fachgebiete jene Daten bekommen, die für sie wichtig sind“Das kann man sich in etwa folgendermaßen vorstellen”, erklärt der Leiter des Experiments Assoc. Prof. Dr. Gerald Steinbauer, “Der Rover nimmt mit den Instrumenten, die sich auf ihm befinden, bestimmte Daten auf, zum Beispiel mehrere Fotos von einer Umgebung. Damit lassen sich dann verschiedene Karten der Umgebung erstellen. Sobald das getan ist, kann man den Rover weitere Teilaufgaben erledigen lassen. Er könnte also von einem Stein zu einer gewissen Uhrzeit, in einem bestimmten Winkel ein Foto machen oder weitere Messungen durchführen.”Anstehende Außeneinsätze können somit besser geplant und etwaige Unsicherheiten bei der Begehung des unbekannten Terrains vermieden werden.

GEOS
Österreichisches Weltraum Forum (ÖWF), Austria
Affiliation: Österreichisches Weltraum Forum (ÖWF)

An Hand geologischer Prozesse mehr über ein bestimmtes Gebiet erfahren
Eine Möglichkeit, mehr über die Geschichte eines Gebietes zu erfahren, liegt in der Identifizierung geologischer Prozesse. Dies geschieht bereits hier auf der Erde und hat zu einem detaillierten Verständnis der Erdgeschichte geführt. Wenn wir unser Wissen über einen anderen Planeten, zum Beispiel den Mars, weiter vertiefen wollen, ist es notwendig, festzustellen, ob dieselben Prozesse auch dort angewendet werden können. Dieser Frage werden sich sechs GeologInnen des Österreichischen Weltraum Forums (ÖWF) im Rahmen der AMADEE-20 Mission widmen.

Mit ihrem Projekt GEOS verfolgen sie zwei Ziele: die Identifizierung der geologischen Prozesse des Gebietes, um dessen geologische Geschichte aufzuklären, und die Erstellung eines Geo-Trainingsmodells für zukünftige Analog-AstronautInnen.

GEOS lässt sich in vier Teile unterteilen: Geomapping, Geosampling, Mikrometeoriten und Geocompare.
Das sogenannte Geomapping erfolgt vor Beginn der Mission und legt die geologischen und topographischen Merkmale des Arbeitsgebietes im Voraus fest. Die Analog-AstronautInen werden diese als Leitfaden verwenden, wenn sie während der Mission Gesteins- und Sandproben sammeln. Dieser Vorgang wird Geosampling genannt. Zu diesem Zweck verwenden die Analog-AstronautInnen klassische geologische Feldarbeitswerkzeuge wie Geo-Hammer, Lupen, Lupenkameras, GPS, Geokompasse. Die gesammelten Proben werden dann vom GEOS-Team analysiert. Außerdem werden die Analog-AstronautInnen Metallpartikel aus den gesammelten Sandproben mit Hilfe von großen Magneten im Habitat abtrennen und diese Metallpartikel in Plastiktüten versiegeln. Diese potentiellen „Mikrometeoriten”-Partikel werden dann von der GEOS Projektleiterin Dr. Seda Özdemir analysiert. Geocompare schließlich, basiert auf dem Vergleich von Strategien zur Erfassung räumlicher Informationen zwischen den Analog-AstronautInneen und GeologInnen unter Verwendung thematischer/geologischer Karten und der natürlichen Umwelt.

Diese Aufgaben sind jedoch auch mit gewissen Schwierigkeiten verbunden. Wegen des schweren Raumanzug-Simulators, den die Analog-AstronautInnen bei ihren Experimenten im Feld tragen müssen, wird ihre Bewegungsfreiheit eingeschränkt sein. Das Sammeln und Versiegeln der Proben wird daher viel Kraft erfordern. Da die Analog-AstronautInnen nur in einigen Aspekten der Geologie ausgebildet sind, ist dies außerdem der beste Weg zur Erstellung eines Geo-Trainingsmodells. Basierend auf den Leistungen der Analog-AstronautInnen im Feld wird das GEOS-Team effizientere und effektivere Werkzeuge für geologische Schulungen entwickeln.
Diese Ausbildungsmodelle werden bei künftigen (analogen) Missionen eine wichtige Rolle spielen.

HUMAIN
Österreichisches Weltraum Forum (ÖWF), Austria
Human-Machine Interface Research for Space Suit Head-up Displays
Affiliation: Österreichisches Weltraum Forum (ÖWF), Austria

Risiken anders wahrnehmen, indem aktuelle Daten für AstronautInnen in ihren Helmen sichtbar gemacht werden
Das Projekt soll zeigen, ob die Abbildung von aktuellen Daten im Raumanzug den Analog- AstronautInnen hilft, ihre Risikobewertung und ihr Risikomanagement zu verbessern. Die jeweiligen Daten werden über das Head-up-Display (HUD) angezeigt, das im Helm des Raumanzugs installiert ist. Das ÖWF hat den Aouda-Raumanzugsimulator selbst entwickelt und setzt ihn derzeit bei seinen Mars Analog Missionen ein.
Während sich die bisherige Forschung zu diesem Thema auf Kampf- und VerkehrspilotInnen und die Art und Weise konzentrierte, wie Informationen in ihren Cockpits angezeigt werden können, ist es auch für AstronautInnen notwendig, relevante Daten zu erhalten. Diese umfassen zum Beispiel Temperaturen, die atmosphärische Zusammensetzung innerhalb des Anzugs oder die verbleibende Batterieleistung während eines Außenbordeinsatzes. Wichtig ist das insbesondere dann, wenn Mission Control nicht in der Lage ist, in Echtzeit zu unterstützen, wie z.B. im Fall einer Marsmission.
Der bereits erwähnte Aouda-Raumanzugsimulator einschließlich des HUDs wurde über viele Jahre hinweg verbessert. Das HUD ist in der Lage, Sensordaten, Prozeduren, Karten und Videos anzuzeigen. Für die bevorstehende Mission will das ÖWF herausfinden, ob die Analog- AstronautInnen, die den Anzug während eines Außenbordeinsatzes tragen, Risiken anders wahrnehmen werden, wenn sie die aktuellen Daten als Teil von Trenddaten und nicht nur Daten von einem bestimmten Zeitpunkt sehen können. Die Ergebnisse dieses Experiments können nützlich sein, wenn es um Risikoeinschätzungen während einer Weltraummission geht. Dies wiederum wird zu noch mehr Sicherheit und Effizienz bei Außenbordeinsätzen beitragen.

Wie das Experiment funktioniert
Man kann sich das Szenario während der AMADEE-20 Mission wie folgt vorstellen: Einer/Einem Analog-AstronautIn werden während der Durchführung eines Außenbordeinsatzes CO2- und Temperaturmessungen als Trenddaten im HUD angezeigt. Während eines weiteren Einsatzes im Feld werden bei der/dem Analog- AstronautIn nur Messwerte im HUD angezeigt, die nicht aktuell sind. Danach wird sie/er einen Fragebogen ausfüllen, der sich auf das wahrgenommene Risiko und das Situationsbewusstsein konzentriert. Wird es einen Unterschied in der Risikowahrnehmung der Analog-AstronautInnen geben?
“Das Experiment darf keine aktive Rolle in den Außenbordeinsätzen spielen, sondern soll leise und diskret im Hintergrund ablaufen”, erklärt Teamleiter Joao Lousada, MSc, „Deshalb werden die Analog- AstronautInnen darauf trainiert, ihre Aufgaben planmäßig auszuführen, unabhängig davon, welcher Datentyp angezeigt wird. Andernfalls würde die Art und Weise, wie sie ihre Aufgaben erfüllen, Entscheidungen treffen und Risiken handhaben, beeinflusst werden.”
Die Ergebnisse des HUMAIN-Experiments könnten nicht nur zu künftigen Marsmissionen beitragen, sondern auch Daten-Darstellungen in der Luftfahrt und überall dort verbessern, wo große Informationsmengen schnell verarbeitet werden müssen und zeitkritische Entscheidungen erforderlich sind.

MEROP
Universität Lissabon, Portugal
More Effective Remote Operation of Planetary ground robots (using multimodal interfaces)
Affiliation: Forscher des Instituts für Systeme und Robotik des Instituto Superior Técnico, in Zusammenarbeit mit dem Institut für Interaktive Technologien (Mitglieder von LARSyS) mit Beiträgen von ISCTE-IUL, Universität Lissabon, Portugal

Merop interface drawing (c) MEROP

Merop interface drawing (c) MEROP

Merop rover drawing (c) MEROP

Merop rover drawing (c) MEROP

Einen Roboter fernsteuern indem man seinen Zustand „spürt“!
Ein Team des Instituts für Systeme und Robotik an der Universität von Lissabon, bestehend aus zwei Fakultätsmitgliedern und zwei PhD-Studierenden, hat das Experiment MEROP entwickelt. MEROP ist ein Akronym für den eigentlichen Projekttitel (siehe oben). Getestet werden die Vorteile einer haptischen Fernsteuerung eines Roboters. Diese hilft dem/der menschlichen BetreiberIn besser einzuschätzen, was aktuell mit dem Roboter geschieht.
Das Team hat umfassende Erfahrung im Einsatz von Robotertechnologien, vor allem in städtischen Such- und Rettungsszenarien und sieht einige Gemeinsamkeiten mit Planetenerkundungsszenarien. In beiden Situationen werden ferngesteuerte Roboter verwendet, um ein Gelände zu erkunden. Das stellt allerdings eine Herausforderung dar, denn der/die BetreiberIn hat nur eine eingeschränkte Wahrnehmung der Situation, in der sich der Roboter befindet, sei es seine Ausrichtung oder, ob die Räder den Kontakt zum Boden verloren haben. Um dieses Problem zu lösen, hat das MEROP-Team eine haptische Schnittstelle entwickelt, die dem/der BedienerIn den Zustand des Roboters übermittelt und über die Ausrichtung und den Traktionszustand der Räder informiert. Die steuernde Person, die sich nicht am selben Ort wie der Roboter befindet, spürt diese Informationen dann in den Händen, indem er/sie einen vibrierenden Handschuh auf einer Hand trägt und ein rotierendes Gerät in der anderen hält. Während der Mission wird der Roboter zunächst ein bestimmtes Terrain und den Weg zu einem Hotspot untersuchen und so den Einsatz eines/einer Analog-AstronautIn vorbereiten.

Erwartete Ergebnisse
Im Unterschied zu dieser neuartigen haptischen Schnittstelle beschränkte sich die Fernsteuerung von Robotern bisher hauptsächlich auf die Übertragung von Kraftrückkopplungen, wie man sie beispielsweise von Joysticks bei Computerspielen kennt. Hier vibriert der Joystick, sollte in dem Spiel etwas bestimmtes passieren. MEROP verwendet allerdings zwei Geräte: Eines, um die Schräglage des Roboters greifbar zu machen und eines, das vibriert, sobald der Roboter feststeckt. Kombinierte Quellen sensorischer Informationen erleichtern tendenziell die Einschätzung einer Situation und das zielgerichtete Verhalten in der physischen Welt.

Das Team aus Lissabon möchte zeigen, dass ein/e Analog-AstronautIn eine bestimmte Aufgabe schneller und sicherer ausführen kann, wenn er/sie diese haptische Schnittstelle verwendet .Die Erforschung dieser neuen Feedback-Modalitäten im Rahmen der Mars-Analog Mission AMADEE-20 sollen den Stand der Technik vorantreiben und so die Planetenerkundung noch sicherer und effektiver machen.

Webseite: merop.isr.tecnico.ulisboa.pt

MICROBIOME
Helmholtz Zentrum München, Deutschland - Forschungsgruppe Vergleichende Mikrobiomanalyse
Affiliation: Helmholtz Zentrum München, Deutschland – Forschungsgruppe Vergleichende Mikrobiomanalyse

Beobachtung von Veränderungen menschlicher Mikrobiome
Das menschliche Mikrobiom beschreibt alle Mikroorganismen, die mit unserem Körper in Verbindung stehen und ist ein Schlüsselfaktor für unsere Gesundheit, da es wichtige lebenserhaltende Funktionen erfüllt. Es ist daher offensichtlich, dass ein Ungleichgewicht der Darmflora (Dysbiose) unseres Mikrobioms zur Entstehung verschiedener Infektions- und Entzündungskrankheiten beiträgt. Es ist jedoch bisher nicht ausreichend erforscht, wie Langzeitmissionen von AstronautInnen Veränderungen ihres Mikrobioms hervorrufen. Um ein tieferes Verständnis dieses Themas zu erlangen, wird ein Team aus Deutschland das sogenannte „MICROBIOME”-Experiment während einer Mars-Analog Mission durchführen, wobei der Schwerpunkt auf Bakterien liegt, die die Haut der Analog-AstronautInnen und ihren Magen-Darm-Trakt besiedeln.
“Die Beteiligung an Mikrobiomstudien im Zusammenhang mit der Raumfahrt ist für das Team nichts Neues, aber die AMADEE-20 Mission ist eine Chance, diese Studien fortzuführen und weitere Faktoren zu untersuchen, die sich möglicherweise auf das Mikrobiom auswirken”, erklärt Dr. Bärbel Fösel, Leiterin dieses Projekts, „Verschiedene Studien berichten von einem Einfluss der Mikrogravitation auf Mikroben. Darüber hinaus haben kulturabhängige Studien auf Veränderungen der Mikrobiota im Magen-Darm-Trakt der AstronautInnen hingewiesen. Umfassendere Daten über das Zusammenspiel von Menschen, Mikrobiom und verschiedenen Expositionen, wie sie typischerweise während eines Weltraumfluges auftreten, sind jedoch Mangelware”

Wie das Experiment funktioniert
Das Haut- und Darmmikrobiom der Analog-AstronautInnen wird vor und nach der Mission charakterisiert. Darüber hinaus werden während der Mission zu verschiedenen Zeitpunkten Proben von den Analog-AstronautInnen gesammelt. Sie werden gelagert und nach Beendigung der Mission in Laboren analysiert. Unter Berücksichtigung der Gesundheit und Hygiene der Analog-AstronautInnen sowie Umweltfaktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit oder Strahlung können mikrobiombezogene Gesundheitsrisiken definiert werden.
Folglich können auf der Grundlage der gewonnenen Daten Empfehlungen gegeben werden, um ein gesundes Mikrobiom von AstronautInnen während der Raumfahrt zu gewährleisten. Wenn signifikante Veränderungen beobachtet werden, müssen Gegenmaßnahmen entwickelt werden, einschließlich probiotisch basierter Therapien zur Stabilisierung des Mikrobioms vor, während und nach der Mission.

MICRO-POTENTIAL
Dead Sea and Arava Science Center, Israel,
Tel Aviv Universität, Israel, Weizmann Institute of Science, Israel
Affiliation: Dead Sea and Arava Science Center, Israel, Desert Mars Analog Ramon Station, Israel, Weizmann Institut der Wissenschaften, Universität von Tel Aviv, Israel

Micro-Potential lab work (c) D-MARS

Micro-Potential Labor-Auswertung (c) D-MARS

Soil sampling (c) D-MARS

Probenentnahme für Micro-Potential (c) D-MARS

Überwachung von Mikroorganismen, um das Risiko einer Kreuzkontamination zu verringern
Gemäß Artikel IX des Weltraumvertrags von 1967 müssen die Erde und andere Planeten vor Kreuzkontaminationen geschützt werden. Es ist daher wichtig, die Umwelt, die erforscht werden soll, ebenso wie die Erde vor einer Kontamination mit fremden Mikroorganismen zu schützen. Um diese Prozesse genauer zu erforschen, wird ein vierköpfiges Team aus Israel das Projekt MICRO-POTENTIAL während AMADEE-20 Mission durchführen.
Forschungen zur Kontamination von Raumfahrzeugen vor dem Start wurden bereits durchgeführt. Ebenso wurde untersucht, ob Mikroorganismen unter Weltraumbedingungen, z.B. bei hoher Strahlung, Vakuum, niedrigen Temperaturen usw., überleben können oder nicht. Niemand hat jedoch versucht, nach Kreuzkontaminationen zu suchen, wie es dieses Team vorschlägt: in einer analogen Mission und unter Verwendung mikrobiologischer sowie molekularer Analysewerkzeuge.
Wenn die Besatzung und ihre Ausrüstung im Habitat in der Negev-Wüste ankommen, werden sie bereits mikrobielle Gemeinschaften mit sich führen. Im Gegensatz zu diesen wird es auch im Ramon-Krater Mikrobengemeinschaften geben, die sich dort entwickelt haben. Sie unterscheiden sich von den Organismen der Besatzung, da sich noch nie ein Mensch in dem vordefinierten Arbeitsfeld aufgehalten hat. Für das Experiment werden Punkte im Krater ausgewählt, um ein klares Verständnis dieser Mikrobengemeinschaften zu erhalten. Die Gemeinschaften, die von der Crew mitgebracht werden und die, die sich im Krater entwickelt haben, werden während der gesamten Dauer der Mission statistisch analysiert. Sobald die Analog-AstronautInnen mit der Umwelt interagieren, werden Veränderungen der mikrobiellen Population erkennbar werden. Dies wiederum weist darauf hin, dass die neue Zusammensetzung nicht durch zufällige Prozesse, sondern durch die Aktivitäten der Analog-AstronautInnen entstanden ist. Folglich ist es zu einer Kreuzkontamination gekommen.
Obwohl es nicht vollständig möglich ist, Kontaminationen zu vermeiden, da einige Mikroorganismen unter sehr harschen Bedingungen überleben können, ist die Überwachung mikrobiologischer Elemente von Bedeutung. Die gesamte Fekldcrew und das Mission-Support-Team sollten wissen, welche Mikroorganismen sie mitgebracht haben. Durch Proben und Analysen werden sie wissen, ob etwas Neues in die erforschte Umgebung eingebracht wurde. Auf diese Weise wird das MICRO-POTENTIAL-Team feststellen können, wer die Mikroorganismen wo und wie lange verbreitet. Die Astrobiologin und Leiterin dieses Projekts, Reut S. Abramovich, PhD, stellt sich ein mögliches Zukunftsszenario vor: “Die erste menschliche Besatzung landet auf dem Mond oder Mars. Sie werden zweifelsohne ihre eigenen Mikroorganismen mitbringen, wie Darmmikroben oder Hautmikroben. Ihr Raumschiff wird aufgrund des menschlichen Kontakts wahrscheinlich auch Mikroben an den Wänden, Regalen, Ausrüstungen, Raumanzügen usw. mit sich führen. Nun stellen Sie sich vor, sie sind gekommen, um eine Höhle auf dem Mars zu untersuchen und diese Höhle enthält endemische Mikroorganismen. Das wird die menschliche Besatzung dazu zwingen, bei der Untersuchung dieser Mikroorganismen akribisch und sorgfältig vorzugehen. Wir müssen die Ausbreitung der Mikroben in beide Richtungen überwachen: von der menschlichen Besatzung auf die Umwelt – über ihre Raumanzugssegmente, Rover oder andere Ausrüstung – und von der Umwelt auf die menschliche Besatzung.”

MOVE
International Space University, Frankreich
Aufrechterhaltung der Gesundheit der Analog- AstronautInnen durch Überwachung des Stuhlgangs

Für das MOVE-Experiment werden die Analog-AstronautInnen ihre Darmaktivität und die Häufigkeit und Konsistenz ihres Stuhlgangs täglich verfolgen. Ihre Daten werden einmal wöchentlich an das medizinische Team des Mission Support Centers übermittelt. In dringenden Fällen erfolgt die Meldung sofort. Auf diese Weise wird die Gesundheit der Besatzung während der gesamten Mars-Analog Mission sichergestellt. Darüber hinaus können die Ergebnisse dieses Projekts genutzt werden, um effizientere Präventionsstrategien für zukünftige (Analog-) Missionen zu entwickeln.

Die Leiterin des Projekts, Dr. Tricia L. Larose, betont, dass dies ein noch wenig erforschter Bereich ist, der einen großen Einfluss auf die Gesundheit und das Wohlbefinden von Analog- AstronautInnen haben könnte. Gemeinsam mit dem Österreichischen Weltraum Forum (ÖWF) entwickelt sie gerade ein Programm, um die Öffentlichkeit besser über das Thema zu informieren. Jeder Mensch sollte wissen welche Faktoren den eigenen Stuhlgang beeinflussen können, da diese Veränderungen negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben können. Je eher man Veränderungen bemerkt, desto eher kann man etwas dagegen tun. Verschiedene Faktoren wie Ernährung, Dehydrierung oder erhöhter Stress könnten für eine andere Häufigkeit, Konsistenz oder Farbe des Stuhls verantwortlich sein. Durchfall oder Blut im Stuhl könnten auf eine Infektion hinweisen.
Wie das Experiment funktioniert
Um ein besseres Verständnis der Auswirkungen sogenannter „Umweltstressoren” auf die Darmfunktion zu erlangen, ist eine Analog-Mission die ideale Gelegenheit. Die folgenden Faktoren können sich leicht auf die Gesundheit und das Wohlbefinden der Besatzung auswirken und zu abnormalem Stuhlgang führen:

  • viel Stress
  • Isolation und Enge
  • Veränderungen in Luft, Wasser und Nahrung
  • über einen längeren Zeitraum mit mehreren Personen auf engem Raum zusammenleben
  • abwechselnde Nutzung desselben Raumanzuges
  • Wüstenumgebung
  • gestresstes Immunsystem
  • Infektion

Die Analog- AstronautInnen werden ihren Stuhlgang täglich überwachen. Ob dieser gesund oder ungesund aussieht, wissen sie dank der Bristol-Stuhlskala für Kinder (Abbildung 1). Für das Experiment wird die Skala für Kinder verwendet und nicht jene für Erwachsene, weil sie farbenfroher und humorvoller ist und auch das Outreach-Programm für Schulen dieselbe Skala verwenden wird. Die abgebildete Skala wird an der Innenseite aller Toilettentüren im Habitat angebracht. Sobald ein/e Analog-AstronautIn einen ungesunden Stuhlgang bemerkt, muss er/sie dies dem medizinischen Team melden. Falls erforderlich, wird für medizinische Versorgung gesorgt. Die Ergebnisse von MOVE werden sich sowohl auf die Vorbereitung künftiger Missionen als auch auf unser tägliches Leben auswirken.

MOVE goes to school!

Wie bereits erwähnt, wird aktuell ein Informations-Programm entwickelt. Es heißt “MOVE goes to School!””. Im Rahmen dieser Kampagne werden ExpertInnen mehrere Volksschulen in Österreich besuchen, um die Kinder über den Stuhlgang und dessen Überwachung zu informieren. Die SchülerInnen werden auch lernen, was man tun kann, um einen gesunden Stuhlgang zu gewährleisten, wie z.B. genügend Wasser trinken, Sport treiben, darüber reden, usw.

MSG
Eco-encounter study institute in ENAV NGO, Israel
Movement, Space and Group-health in a confined area
Affiliation: Eco-Encounter Study Institute (Institut für Bildung und Studien im Freien sowie im Gelände), Tel Aviv, Israel

Auswirkungen der Isolation auf die psychische Gesundheit einer Gruppe analysieren
Während der AMADEE-20-Mission wird ein Team aus Israel den individuellen psychologischen Zustand der Analog-AstronautInnen und den allgemeinen Gesundheitszustand der Gruppe genauer untersuchen. MSG ist eine Studie, die von einem Team israelischer ExpertInnen während der nächsten Mars Analog-Mission des Österreichischen Weltraum Forums (ÖWF) durchgeführt wird, um mögliche Wege zu finden, wie eine Besatzung negativen psychologischen Auswirkungen entgegenwirken kann. Negative Auswirkungen auf die Psyche treten typischerweise bei langer Isolation auf und können noch verstärkt werden, wenn nur begrenzter Raum zur Verfügung hat.
Durch die Verwendung von Sensoren im Habitat in Israel wird das MSG-Team in der Lage sein, die Bewegungsmuster der Analog-AstronautInnen zu überwachen. Mittels Analyse der individuellen Bewegung, kombiniert mit der Leistung und dem Wohlbefinden der Gruppe und der/des Einzelnen, suchen die ForscherInnen nach Mustern der Raumnutzung, die das Wohlbefinden der Gruppe verbessern können.

“Einengende Orte wirken sich negativ auf die Gesundheit und insbesondere auf die psychische Gesundheit aus. Einen engen Raum mit anderen zu teilen, kann den einzelnen Personen helfen, Schwierigkeiten besser zu bewältigen, stellt aber auch eine beträchtliche Herausforderung dar. Dies zeigt sich besonders bei langen Einsätzen, bei denen die sozialen Interaktionen dynamischer sind und größeren Einfluss auf die einzelnen Personen entfalten können”, erklärt der Projektleiter David Michaeli, “Im Bereich der Verhaltensgesundheit müssen emotionale Konstrukte im gleichen Maße erforscht werden wie andere Faktoren, beispielsweise Aufmerksamkeit und Müdigkeit”.

Wie das Experiment funktioniert
Für dieses Experiment wurden drei neue Fragebögen entwickelt, die von den Analog-AstronautInnen vor, während und nach der Mission ausgefüllt werden müssen. Einer der Fragebögen wurde so entwickelt, dass er täglich mit einem mobilen Gerät beantwortet werden kann. Die Fragebögen beinhalten somit Berichte über das Wohlbefinden der Gruppe du auch der einzelnen Teammitglieder sowie andere soziale Indikatoren. Zusätzlich zu den Selbstberichtsdaten werden Sensoren an den Analog-AstronautInnen angebracht, um ihre Position im „Mars Habitat“ während der gesamten Mars Missions Simulation aufzuzeichnen. Die in regelmäßigen Abständen automatisch gesammelten Standortdaten werden analysiert, um wechselseitig korrelierende Bewegungen zu erkennen und zu erfahren, wie das Team den begrenzten Raum nutzte, um eine gesundes Zusammenarbeit der Gruppe aufrechtzuerhalten, und wie sich persönliche und Gruppenkrisen auf die Nutzung des Raums auswirken könnten.

Erwartete Ergebnisse

Die Studie soll der zukünftigen Planung von Missionen auf zwei verschiedene Arten zugutekommen: Erstens bietet sie einen neuartigen Blick auf die Komponenten, die ein gesundes und produktives soziales Umfeld ausmachen, und auf die Art und Weise, wie sich Einschränkung und Isolation darauf auswirken könnten.
Zweitens ermitteln die ExpertInnen durch die Untersuchung der Bewegung auf individueller Ebene Umweltfaktoren, die es dem Team ermöglichen, die gruppe psychisch gesund zu erhalten und mögliche auftretende Spannungen abzubauen. Diese Erkenntnisse könnten später bei der Planung von Missionen in beengten Räumen genutzt werden, um einen Teil des Stresses zu mildern, der mit solchen sozialen Bedingungen einhergeht.

PSYCHSCALE
International Space University, France
Studien über mögliche Ängste und Depressionen der Besatzung während der AMADEE-20-Mission

In Extremsituationen wie bei Mars Missionen kann selbst die stärkste Persönlichkeit irgendwann vor psychischen Herausforderungen stehen. Gründe dafür könnten unter anderem Isolation, Enge, Monotonie bei der Verpflegung, Schlafstörungen oder das Versagen bei wissenschaftlichen Experimenten sein. Um das psychologische Wohlbefinden der Analog-AstronautInnen zu verstehen, wurde das Projekt PSYCHSCALE ins Leben gerufen. Ziel ist es, die Angst- und Depressionsniveaus der Besatzung vor, während und nach der Mission zu untersuchen, mit besonderem Augenmerk auf das “Phänomen des dritten Viertels” (“Third Quarter Phenomenon”).

Das Phänomen des dritten Viertels
Ausgehend von der Vorstellung, dass sich das Verhalten und die Gesundheit des Menschen aufgrund der oben genannten Faktoren ändern können, lassen sich die verschiedenen Phasen der Mission wie folgt klassifizieren und charakterisieren:
1. Quartal: Erhöhte Aufregung, Nervosität oder Ängstlichkeit
2. Quartal: Gewöhnung an Routine und Monotonie
3. Quartal: Gefühlsausbrüche, Aggressivität, auffallend schlechtes Verhalten
4. Quartal: Vorbereitung auf das Ende der Mission und Konzentration auf die Wiedervereinigung mit Freunden und Familie und der Welt außerhalb der Mission

ForscherInnen vermuten, dass die emotionalen Ausbrüche der Besatzung zunehmen und ihr Verhalten um das dritte Quartal einer Mission herum unruhiger und aggressiver wird. Dies gilt jedoch nicht für alle Personen in einer isolierten Gruppe. Daher ist das Phänomen des dritten Viertels ein immer noch stark diskutiertes Konzept unter ForscherInnen.

Wie das Experiment funktioniert
Um mögliche Veränderungen des psychischen Wohlbefindens der Analog-AstronautInnen zu verstehen, wird jede/jeder von ihnen vor, während und nach der Mars-Analog Mission in Israel einen individuellen Fragebogen beantworten. Während der Mission werden die Analogen-AstronautInnen gebeten, den gleichen Fragebogen einmal pro Woche auszufüllen. Insgesamt müssen sie sechs Fragebögen ausfüllen. Die Fragebögen werden allen Analog- AstronautInnen zur gleichen Zeit zugestellt. Auf diese Weise kann das PSYCHSCALE-Team bei der Auswertung der Fragebögen auch den allgemeinen Angst- und Depressionsgrad der Besatzung verfolgen. Durch die Zusammenarbeit mit dem Mission Support Center in Innsbruck, Österreich, das die Mission überwacht, wird es auch möglich sein, einige Gründe für erhöhte Angst oder Depressionen zu identifizieren, zum Beispiel: schlechte Luftqualität im Habitat.
“Wir hoffen, dass wir für zukünftige Missionen eindeutige Unterstützungsmechanismen vorschlagen können. Ziel ist die noch bessere Gewährleistung der Gesundheit und Sicherheit der Besatzung vor und nach einer Mission”, erklärt die Leiterin dieses Projekts, Dr. Tricia L. Larose.

SANDEE
Interdisziplinäres Zentrum (IDC), Herzliya, Israel, Ben-Gurion Univ. of the Negev, Israel
Sand transport during Aeolian processes in the Negev Desert – Electrical Effects and implications for Mars
Affiliation: Schule für Nachhaltigkeit, Interdisziplinäres Zentrum (IDC), Herzliya, Israel

OeWF delegation visits SANDEE experiment

OeWF delegation besucht das SANDEE experiment

Elektrisch geladener Sand? Sandstürme auf dem Mars könnten ein unterschätztes Risiko darstellen
Was sehen wir, wenn wir uns ein Bild von der Marsoberfläche ansehen? Eine weite, rötliche Landschaft mit vielen Felsen. Und Sand! Sand ist das Schlüsselwort in diesem Experiment, wie der Name SANDEE bereits vermuten lässt. Durch die Simulation von Sandstürmen unterschiedlicher Geschwindigkeit wird das Team aus Israel in der Lage sein, die dynamischen, mineralogischen und elektrischen Eigenschaften dieser Partikel zu messen. Dies wird dazu beitragen, künftige Marsmissionen besser vorzubereiten.
ein Sandsturm elektrisch geladen ist oder nicht, hängt von mehreren Faktoren ab, etwa von den Eigenschaften der Partikel oder den Windgeschwindigkeiten. Wenn diese Partikel in Bewegung sind, können sie mit anderen fliegenden Teilchen kollidieren oder durch die Energie, die sie vom Wind erhalten haben, auf die Oberfläche aufschlagen. Dies führt dann zur Ladungstrennung und zum Aufbau starker elektrischer Felder. Der Sandsturm ist also elektrisch. Geladene Partikel im elektrifizierten Sandsturm neigen dazu, stark an freiliegenden Oberflächen zu haften. Außerdem setzen sie sich oft an mechanischen Teilen fest, was die Manövrierfähigkeit von Mars- Rovern beeinträchtigt und die Leistung von Solarpaneelen reduziert.

Wie das Experiment funktioniert
Da bisher noch keine derartigen Experimente mit Mars-Boden durchgeführt wurden, ergreift der Leiter Prof. Yoav Yair bei der AMADEE-20 Mars-Analog Mission im Oktober 2020 die Gelegenheit. Seit einiger Zeit arbeitet er an Beobachtungen von elektrifizierten Staubstürmen in der israelischen Negev-Wüste und hat bei solchen staubigen Ereignissen Extremwerte von mehr als 10 000 V/m gemessen. Zum Vergleich: 130V/m ist der Durchschnittswert bei schönem Wetter.
Wie funktioniert das Experiment? Ein tragbarer Windkanal (siehe Bild unten) wird in der Nähe des Habitats der Analog- AstronautInnen aufgestellt. Sobald er kalibriert ist, werden die Analog-AstronautInnen eine bestimmte Menge Erdsand in dem Kanal platzieren. Der Prozess beginnt: Es werden fünf verschiedene Windgeschwindigkeiten eingestellt und für jede Geschwindigkeit wird das elektrische Feld gemessen. Für die letzten fünf Durchläufe wird „Marssand“ verwendet. Dieser Sand hat die gleiche mineralogische Zusammensetzung wie der Sand auf dem Roten Planeten und wurde von einer Firma in Florida hergestellt, einer der wenigen weltweit, die Mars-ähnlichen Sand produziert.
Darüber hinaus wird eine vertikale Anordnung von Fallen, die entlang der Windrichtung ausgerichtet sind, im Tunnel aufgestellt. Partikel, die schwerer sind, bleiben näher an der Oberfläche, während leichtere Partikel vom Wind hochgetrieben werden. Die aufgestellten Fallen werden verwendet, um Proben von Partikeln zu nehmen. Mit diesen Proben können die entsprechenden Sandflüsse berechnet und die Eigenschaften der Partikel analysiert werden.
Das Experiment wird nachts unter dunklen Bedingungen wiederholt. “Der nächtliche Durchlauf kann die Frage nach Photonenemissionen als Indikatoren für elektrische Leitfähigkeit beantworten: Sollten wir solche optischen Emissionen beobachten, deutet dies auf ein hohes Ladungsniveau hin, das im Staub getragen wird, auch wenn wir die genaue Menge nicht direkt messen”, erklärt Prof. Yoav Yair. Da es nicht möglich sein wird, diese Emissionen mit bloßem Auge zu sehen, werden Kameras im Inneren des Tunnels eingesetzt. Sie können die Intensität der möglicherweise emittierten Photonen messen.
Das Hauptaugenmerk des Experiments liegt auf dem Vergleich der Eigenschaften terrestrischer Bodenbewegungen mit jenen auf dem Mars. Außerdem soll die Geschwindigkeit bestimmt werden, ab welcher die elektrische Aufladung beginnt.

SHARE
Ecole Nationale Supérieure de Cognitique, Bordeaux INP, France
Affiliation: IMS Labor, Ecole Nationale Supérieure de Cognitique, Bordeaux INP, France in Zusammenarbeit mit der Association Planète Mars

Map of 2 different person (c) SHARE

Karte einer Person im Mission Control Center, die alle 30 Sekunden ein Kreuz an der Stelle machte, an der er/sie das Fahrzeug vermutete im Vergleich zu einer Karte eines VR-AstronautInnen (c) SHARE

Mit der richtigen Kommunikation den Weg selbst in unbekanntem Gelände finden
Man könnte dies fast als das Motto des französischen Teams auffassen, das mit einem sehr bedeutsamen Experiment an der AMADEE-20 Mission teilnehmen wird. Dieses trägt den Namen SHARE. Sechs Mitglieder, darunter ein Professor und fünf Studierende, sind daran beteiligt. Sie befassen sich mit einer häufig auftretenden Herausforderung, was Kommunikation, Navigation und Verständnis betrifft.
Dadurch, dass die Definition eines bestimmten Geländes und Informationen zur Orientierung oft sehr subjektiv sind, ist es umso schwieriger, einen Ort und den Weg dorthin allgemein verständlich zu beschreiben. Ein Ergonomie-Experte befasste sich in einem Experiment mit Soldaten im Feld mit dieser Frage. Nach einer Simulation wurden mehrere Soldaten gebeten, die Position ihrer Gegenspieler auf einer Karte zu bestimmen. Je nach Effizienz der Kommunikation unter den Soldaten waren die Ergebnisse sehr unterschiedlich. Das Team kam, nachdem es diese Studie gelesen hatte, zu dem Entschluss, dass genau dieses Problem im Rahmen der Mars-Analog Mission untersucht werden kann. Hier müssen nämlich die Analog-AstronautInnen in Israel mit dem Mission Support Center in Innsbruck kommunizieren und deren Wegbeschreibungen folgen.
Der Leiter des Experiments, Prof. Jean-Marc Salotti erklärt, wie es funktioniert “Eine Person im Mission Support Center in Innsbruck wird ausgewählt. Er oder sie ist dafür verantwortlich, einen Ort im Feld zu bestimmen, einen Weg auf einer Karte zu zeichnen und eine Liste mit Navigationsanweisungen zu schreiben, um dieses Ziel zu erreichen. Dann erhält der/die Analog-AstronautIn diese Wegbeschreibung, jedoch nicht die Karte mit dem Weg. Er oder sie fährt ein Quad und versucht, den schriftlichen Anweisungen zu folgen. Die GPS-Informationen, wo sich der/die Analog-AstronautIn momentan befindet, werden dem SHARE-Team zur Verfügung gestellt. So können wir die Unterschiede zwischen der Wegbeschreibung und dem tatsächlich genommenen Weg ermitteln.”
Das Team hat bereits einige Erfahrungen mit diesem Thema gesammelt, indem es ein virtuelles Marsgelände und einen virtuellen Rover verwendet hat. Wie auf den Bildern oben erkennbar, können die Ergebnisse sehr voneinander abweichen.
Versuche wie diese sind hilfreich für zukünftige Planetenerkundungsmissionen. Das SHARE-Team hebt die wichtigsten drei Gründe hervor:
Erstens kann die Definition von geografischen Begriffen eindeutiger und einheitlich gemacht werden.
Zweitens können eventuell neue Fachbegriffe oder Ausdrücke hinzugefügt und andere verworfen werden, wie in der Luftfahrt für die Kommunikation zwischen der Flug-Kontrolle und dem Piloten.

Drittens kann das Training in analogem Gelände viel dazu beitragen, die beste Art und Weise zu finden, um geografische- und Navigationsinformationen zu übermitteln.

TUMBLEWEED
Technische Universität Wien, Österreich, Austria

Affiliation: Technische Universität Wien, Österreich

Tumbleweed rover (c) Team Tumbleweed

Tumbleweed rover (c) Team Tumbleweed

Ein windgetriebener, rollender Rover untersucht große Gebiete

Über das Team
Um beim Odysseus Space Contest 2017 der ESA mitzumachen, schlossen sich drei Schulkollegen der Sir Karl-Popper-Schule in Wien zusammen und entwickelten den Rover TUMBLEWEED. Sie belegten mit diesem Rover den ersten Platz. Zwei der Gründer zogen für ihr Studium in die Vereinigten Staaten und in die Niederlande. Dadurch meldeten sich immer mehr InteressentInnen aus unterschiedlichen Ländern, sodass das Team mittlerweile 60 Mitglieder umfasst. Das Gerät wird laufend weiterentwickelt, um zukünftig auch an Mars-Missionen teilnehmen zu können. Doch bevor es so weit ist, müssen noch einige Komponenten getestet und überprüft werden. Hierfür wird das Team an der Mars-Analog Mission AMADEE-20 des Österreichischen Weltraum Forums (ÖWF) teilnehmen.

Über den Rover
TUMBLEWEED ist die englische Bezeichnung des Steppenläufers, eines Strauches, der vom Wind getrieben weite Strecken zurücklegen kann. Der Rover TUMBLEWEED, der einen Durchmesser von über 2m hat, orientiert sich an diesem Strauch. Er hat dessen runde Form und windgetriebene Fortbewegungsart übernommen. Dazu Sara Toth, Sprecherin des Team TUMBLEWEED: “Windgetrieben bedeutet in unserem Fall, dass man den rollenden Rover somit auch nicht steuern kann und daher keine Fernbedienung benötigt. Die Idee ist nämlich, dass man den Rover an den Mars-Polen absetzt und dieser durch die Winde zum Äquator hingetrieben wird. Dadurch können große Flächen des Mars „abgerollt“ und genauer untersucht werden. Etwa mit Hilfe von Kameras, atmosphärischer Sensoren und Magnetometer, die in TUMBLEWEED eingebaut werden können.”
Während der Mars-Analog Mission werden in erster Linie das Roll- und Abnutzungsverhalten des Rovers getestet, sowie die Performance der darauf befindlichen Solarzellen evaluiert. Solche Daten sind für die Weiterentwicklung und Verbesserung des Rovers wichtig, wie bereits die AMADEE-18 Mission gezeigt hat.
“Die AMADEE-18 Mission ermöglichte uns, Materialien sowie Solarzellen zu identifizieren, die für den Rover ungeeignet sind. Dieses Wissen hat uns geholfen, unseren darauffolgenden Prototypen zu entwickeln. Bei der kommenden AMADEE-20 Mission hoffen wir, weitere Daten zu dem Abnutzungsverhalten unseres derzeitigen Prototypen zu erhalten”, erklärt Sara Toth.
Ist TUMBLEWEED einmal perfektioniert und für eine Mars-Mission bereit, haben auch andere WissenschaftlerInnen die Möglichkeit, ihre eigenen Sensoren mit wenig Aufwand in dem Rover zu integrieren.

Webseite: www.teamtumbleweed.eu

VFR-eFAST
Abteilung für Anästhesie und Intensivmedizin, Universitätsklinik Örebro, Sweden
Validity and Feasibility of Remote extended Focused Assessment Sonography in Trauma
Affiliation: Abteilung für Anästhesie und Intensivmedizin, Universitätsklinik Örebro, Schweden und Universitätsklinik Köln, Deutschland

VFR-eFAST Hardware

VFR-eFAST Hardware

Ultraschall-Untersuchung im Weltraum mit Hilfe einer Video-Anleitung
AstronautInnen kommen in der Regel aus vielen verschiedenen Fachgebieten mit unterschiedlichem Wissen. Sie müssen in der Lage sein, zahlreiche Aufgaben und Herausforderungen abzudecken, denen sie während ihrer Mission begegnen könnten. Manchmal ist jedoch eine sehr spezifische Qualifikation erforderlich, zum Beispiel auf dem Gebiet der Medizin. Obwohl anzunehmen wird, dass eine künftige Marsbesatzung mindestens eine medizinisch ausgebildete Person an Bord haben wird, könnte dies nicht immer der Fall sein. Aus diesem Grund werden die Analog-AstronautInnen das Projekt „VFR-eFAST” während der Mars-Analog Mission des ÖWF in Israel im Oktober 2020 durchführen. Mit VFR-eFAST könnten zukünftige AstronautInnen mit minimaler medizinischer Vorkenntnis eine Ultraschalluntersuchung durchführen.
Das Team will untersuchen, ob es für einen/eine nicht medizinisch ausgebildeten/ausgebildete AstronautIn möglich ist, eine Ultraschalluntersuchung von Thorax und Abdomen mit einer klinisch akzeptablen Qualität durchzuführen. Da die Gefahr besteht, dass die AstronautInnen die Verbindung zum Mission Support Center verlieren oder einfach zu weit entfernt sind, um eine medizinische Live-Anleitung zu erhalten, sollen sie eine solche Aufgabe nur auf der Grundlage einer kurzen Videoanweisung durchführen können.
Das Experiment ist bedeutsam, weil es in dem einzigartigen Rahmen einer Mars-Analog Mission durchgeführt wird und somit den Schwerpunkt auf Abgeschiedenheit und Isolation legt. Dies werden wesentliche Faktoren sein, wenn wir uns schließlich zum Mars wagen.
Sobald die Analog-AstronautInnen die Aufgabe mit dem Philips Lumify-Ultraschallgerät durchgeführt haben, werden die Ergebnisse auf standardisierte Weise analysiert, um die Genauigkeit und Nützlichkeit der Untersuchung aufzuweisen. Dabei werden Faktoren wie die Bildqualität und die Zeit, die die Analog-AstronautInnen benötigt haben, um die richtige Ansicht zu finden, berücksichtigt.
Auf die Frage, was die erwarteten Ergebnisse sind, antwortet der Leiter Dr. Anton Ahlbäck: “Wir erwarten, dass alle Analog-AstronautInnen in der Lage sein werden, die Untersuchung erfolgreich durchzuführen.” Wenn das der Fall ist, wird es positive Auswirkungen auf zukünftige Marsmissionen haben, wie er abschließend feststellt:“Mit den richtigen Ergebnissen hat dieses Experiment das Potenzial, wesentlich zur Entwicklung ähnlicher Systeme beizutragen, die wiederum bei künftigen astronautischen Raumfahrtmissionen eingesetzt werden könnten.”

Weitere Kooperationen

Diätologie – FH Gesundheitsberufe Oberösterreich
Die Fachhochschule Gesundheitsberufe erstellt einen speziellen Ernährungsplan für den vierwöchigen Einsatz der Flight Crew in Israel. Im Fokus steht eine ausgewogene Ernährung unter Beachtung von Unverträglichkeiten und kulturellen Unterschieden. Dabei kann die FH Gesundheitsberufe auf ihre Erfahrungen zurückgreifen, die sie während der letzten Mars Analog Mission des ÖWF 2018 im Oman gesammelt hat. Auch für diese Mission wurde ein spezieller Ernährungsplan entwickelt.

Sigmund Freud Universität Wien
Die Sigmund Freud Universität Wien wird während der AMADEE-20 Mission im Rahmen der Analyse menschlicher Faktoren das Gruppen-Phänomen untersuchen, das oft als “wir versus die anderen” beschrieben wird. Mit Hilfe dieser Untersuchung sollen Maßnahmen entwickelt und erforscht werden, die helfen, mögliche Spannungen zwischen der Feld-Crew in Israel und dem Team des Mission Support Center in Innsbruck abzubauen bzw. sogar zu vermeiden. Unter der Leitung von Prof. Stefan Hampl haben StudentInnen-Teams bereits das Auftreten von psychologischen Konflikten während früherer Mars Analog Missionen analysiert. Hierzu nutzten sie das Multi Mission Science Data Archiv des ÖWF.

Missions-Architektur

AMADEE operation infographic
Abb. 1: Architektur-Konzept der AMADEE-20 Expedition: Eine 10minütige Zeitverzögerung reflektiert die Signal-Reisezeit zwischen Erde und Mars. Das Mission Support Center in Innsbruck/Österreich ist dabei die einzige Kommunikationsschnittstelle zwischen „Erde“ und „Mars“.

Zeitplan

  • Jan2019: Bekanntgabe “Announcement of Opportunity”
  • 04Mär2019: Einreichfrist für Experimente
  • 15Apr2019:  Mitteilung an Experimententeams über Aufnahme/Nicht-Aufnahme
  • Mai2019: AMADEE-20 Science Definition Workshop
  • Nov2019:  Definition der Experimente, vorläufiger Missionspläne, Veröffentlichung der ersten Iteration des AMADEE-20 Mission Manifest (das Hauptplanungsdokument für die Expedition)
  • Jun2020: Hardware kommt in Innsbruck/Österreich an
  • Jul-Sep2020: 3 (tbc) Dress Rehearsals, Innsbruck/Österreich
  • Sep2020: Transport aller Hardware zum Testgelände
  • 15Okt-15Nov2020: Feld-Mission
  • Dez2020-Jan2021: Hardware kehrt nach Innsbruck zurück und wird an die Institutionen verschickt
  • Mai2021 (tbd): AMADEE-20 Science & Technology Workshop

 

AMADEE-20 Dokumente zum Downloaden:

 

 

Fortis Logo
Fortis Official timekeeper of the AMADEE-20 Mars Simulation.

Dieser Artikel ist auch verfügbar auf: Englisch

AMADEE-20, Israel