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Mittwoch, 25.05.2016
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Routenplaner für den Mars

Forscher entwickeln funkbasiertes "GPS"-System für den Roten Planeten

Funkbojen statt GPS-Satelliten: Künftig könnten ganze Schwärme von Robotern, Drohnen und Rover den Mars erkunden. Damit diese dort effektiv navigieren können, arbeiten deutsche Forscher bereits an einem Ortungssystem für den Roten Planeten. Für dieses sollen Funkbojen auf der Oberfläche ausgesetzt werden, die durch ihre Peilsignale die Funktion der irdischen GPS-Satelliten übernehmen.
Blick auf das Schluchtsystem der Valles Marineris auf dem Mars

Blick auf das Schluchtsystem der Valles Marineris auf dem Mars

Das Schluchtsystem der Valles Marineris ist rund 4.000 Kilometer lang, bis zu 600 Kilometer breit und stellenweise sieben Kilometer tief. Ob diese gewaltigen Canyonys jedoch einst durch Sturzfluten, durch eine frühe Plattentektonik oder aber durch Lavaströme gebildet wurden, ist bis heute unklar. Dennoch deuten Salzwasser-Rinnsale an den Canyonwänden darauf hin, dass die Valles Marineris ein guter Ort für die Suche nach Leben auf dem Roten Planeten sein könnte.

Roboterschwarm im Canyon


Erkunden sollen den marsianischen Canyon aber zunächst keine Astronauten, sondern ein ganzer Schwarm von Drohnen, Rovern und Laufrobotern – so der Plan des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Auch die NASA arbeitet bereits an unbemannten Mars-Gleitern. Entscheidend für den Einsatz solcher Flugroboter in einem so unübersichtlichen Gelände ist jedoch ein leistungsfähiges Ortungs- und Navigationssystem.

"Wenn beispielsweise eine fliegende Drohne aus der Luft eine interessante Struktur entdeckt hat, bei der es sich lohnen könnte, eine Bodenprobe zu entnehmen, muss sie dem entsprechenden Roboter den exakten Ort mitteilen können", erklärt Sergio Montenegro von der Universität Würzburg. Und wenn sich die Akkus der Drohne leeren, sollte sie den Weg zurück zum Lander kennen, damit sie dort wieder auftanken kann.


So könnte ein unbemannter Gleiter der NASA für die Marserkundung aussehen.

So könnte ein unbemannter Gleiter der NASA für die Marserkundung aussehen.

Funkbojen statt GPS-Satelliten


In Zeiten, da jeder Mensch dank seines Smartphones sofort ermitteln kann, wo er sich befindet, klingt diese Aufgabe nicht sonderlich schwierig. Für den Mars gilt das allerdings nicht. "Auf der Erde liefern uns GPS-Satelliten die notwendigen Informationen", erklärt Montenegro. Deren Entwicklung habe mehrere Jahrzehnte gedauert und mehrere Milliarden Euro gekostet. Auf dem Mars gibt es dieses Satellitnenetz jedoch nicht.

Deshalb soll der Lander bei seinem Anflug auf die Valles Marineris zahlreiche Funkbojen abwerfen, die sich über die Oberfläche verteilen. Diese ermitteln anschließend per Funksignal ihre jeweilige Position bezogen auf den Standort des Landers, kommunizieren untereinander und liefern dann den Erkundungsrobotern die für die Navigation und Ortung nötigen Daten – ähnlich wie GPS-Satelliten auf der Erde. Die entsprechende Software liefern die Würzburger Informatiker.

Das Problem der Störeffekte


In den kommenden drei Jahren wollen die Forscher das System bis zur grundsätzlichen Funktionsfähigkeit entwickeln. Das Hauptproblem dabei: Damit eine Funkboje weiß, wie weit sie vom Lander entfernt ist, muss sie mit höchster Präzision messen, wie lange ein Funksignal zwischen ihnen unterwegs ist.

Dabei kommt es auf Nanosekunden an – schließlich würde ein Messfehler von einer tausendstel Sekunde bereits eine Abweichung von 300 Kilometern bedeuten. Doch unterschiedlich hohe Standorte im Canyon, Gesteinsstrukturen, die den Funksignalen den Weg versperren, Reflexionen an den Talwänden verkomplizieren die Messung zusätzlich und müssen von den Informatikern berücksichtigt werden.

Erst zwei, dann viele


Die Forscher gehen dieser Herausforderung Schritt für Schritt an: "Wir lassen zunächst zwei Objekte in Ruhe ihren Abstand messen", berichtet Montenegro. Mit der erforderlichen Präzision sei das schon schwer genug. Wenn dieser Schritt klappt, wird das Team die Zahl der Objekte erhöhen. Am Ende sollen diese sich dann auch bewegen. Gut möglich, dass in ein paar Jahren deshalb mehrere Quadrocopter durch einen fränkischen Steinbruch fliegen und dort eine Landung auf dem Mars simulieren.

Ob die Software tatsächlich einmal auf dem Mars zum Einsatz kommen wird, ist ungewiss. Denn dieser Ansatz des DLR würde, wenn er verwirklicht werden sollte, hunderte von Millionen Euro kosten würde. Sollte die Politik das Geld nicht genehmigen, war die Arbeit der Informatiker trotzdem nicht umsonst: "Wir können das System genauso gut für die Unterwasserforschung einsetzen", erklärt Montenegro.
(Julius-Maximilians-Universität Würzburg, 27.01.2016 - NPO)