Der Tauchroboter ARTEMIS wird unter erschwerten Bedingungen in der Ross Sea getestet. Selbst wird ARTEMIS nie zum Jupiter fliegen. Das Projekt dient alleine um Systeme und die autonome Steuerung zu entwickeln und zu testen. (Foto: Bill Stone)

Ein Antarktischer Roboter legt den Grundstein für zukünftige Weltraummissionen zu Jupiters Mond Europa. Obwohl das Team noch viele Jahre von ihrem endgültigen Ziel entfernt ist, verwenden sie ihren Unterwasserroboter namens «ARTEMIS», um die Technologie zu entwickeln, von der sie hoffe, dass sie eines Tages den weiten Ozean erforschen werden, der Jupiters eisigen Mond Europa bedeckt.

Eine echte Herausforderung. Das Eis ist mindestens 2 Kilometer dick, bevor der bis 100 Kilometer tiefe Ozean auf dem Jupitermond Europa erreicht wird.

„Hier geht es darum, vor Ort Fuß zu fassen und die Technologie voranzutreiben“, sagte Britney Schmidt, Professorin für Planetenwissenschaften am Georgia Institute of Technology und Hauptforscherin für das Projekt. „ARTEMIS selbst wird nicht zum Jupitermond fliegen. Wir sondieren nur nach den Technologien und der Art und Weise, wie wir sie einsetzen können, sowie nach einigen technischen Entscheidungen und wissenschaftlichen Hypothesen. Diese werden in die Zukunft hoffentlich in die Unterwasserexploration auf dem Jupitermond Europa migriert werden.“

ARTEMIS ist das Neueste aus einer Reihe von Robotern, die Teil des Projekts SIMPLE (Sub-Ice Investigation of Marine and Planetary-Analog Ecosystems) sind. Es ist eine von der NASA finanzierte Anstrengung, Maschinen zu bauen, mit denen die rauen Umgebungen auf der Erde erforscht werden können, die denen der eisigen Welten des äußeren Sonnensystems am nächsten kommen.

Der Tauchroboter ARTEMIS ist mit 110 Kilogramm Eigengewicht zu schwer um ins Weltall geschossen zu werden. Er dient als erster Schritt um kleinere, kompaktere Roboter herzustellen. (Foto: Mike Lucibella)

Die National Science Foundation, die das US-amerikanische Antarktisprogramm verwaltet, unterstützt die Antarktis-Feldoperationen des Projekts. Der Jupitermond Europa steht ganz oben auf einer kurzen Liste von Stellen im Sonnensystem, die das Leben jenseits der Erde realistisch beherbergen könnten. Es ist Jupiters viertgrößter Mond und vollständig von einem Ozean bedeckt, der bis zu 100 Kilometer tief ist.

Jupiter und seine Monde sind mehr als fünfmal so weit von der Sonne entfernt wie die Erde, und in dieser Entfernung steigen die Temperaturen am Äquator des Mondes Europas nie über minus 150 Grad Celsius. Unter diesen kalten Bedingungen gefrieren die oberen 2 bis 18 Kilometer des Ozeans zu einer dicken Eisschicht. Planetenmodelle und vorbei geflogene Sonden haben jedoch gezeigt, dass Gezeitenkräfte aus Jupiters Gravitationsfeld das tiefe Innere des Mondes für einen flüssigen Ozean warm genug halten, in dem Wissenschaftler außerirdisches Leben entdecken möchten.

Vickie Siegel betätigt die Winde, die ARTEMIS anhebt und zu dem im Eis gebohrten Loch bringt. (Foto: Mike Lucibella)

Test im Ross-Schelfeis

Die Verhältnisse beim Ross-Schelfeis in der Nähe der McMurdo-Station gehört zu den besten Stellvertretern für den geplanten Einsatz auf dem Jupiter-Mond. Es ist ein permanent gefrorenes Schelfeis das stellenweise mehr als 600 Meter dick ist. Es ist ein idealer Startort für den Roboter, und diese Eisbedeckung bildet den besten Ort auf der Erde, um mehr darüber zu erfahren, wie man einen Roboter unter der gefrorenen Oberfläche eines fremden Ozeans steuert. Zum Glück für das Team ist das antarktische Meereis im Testgelände dünner als auf Europa. Sie mussten nur etwa 10 Meter Meereis durchbohren, um dort ihr Bot-Camp einzurichten.

Vickie Siegel bei der Wasserung am Bohrloch, das in das Meereis gebohrt wurde, als ARTEMIS ins Wasser gesenkt wird. (Foto: Mike Lucibella)

„Es ist etwas, das noch niemand hier gemacht hat, um etwas durch ein gebohrtes Loch im Eis zu bringen und dann Langstreckenmissionen zu starten“, sagte Bill Stone, Präsident von Stone Aerospace, der den Roboter gebaut hat. „Es kann so programmiert werden, dass es entlang einer Reihe von Richtungspunkten verläuft, wo immer Sie möchten. Und es wird eine Reihe von Verhaltensweisen ausführen, die wir auf diesem Weg haben wollen. “

Die größtmögliche Autonomie des Fahrzeugs ist ein zentraler Bestandteil des Projekts. Eine Sonde aus der Ferne unter Europas tiefen Ozeanen aus der Entfernung zur Erde zu steuern, ist unmöglich. Jedes interplanetarische Seefahrzeug muss in der Lage sein, auf eigene Faust zu erkunden, eigene Karten zu erstellen und automatisch alles zu untersuchen, was auf dem Weg interessant aussieht.

Für die Arbeit in der Antarktis nutzen die Forscher die Größe und die lange Akkulaufzeit des Roboters zu ihrem Vorteil. Er ist mit zahlreichen Sensoren und Instrumenten ausgestattet, um ein breites Spektrum an Daten über die Gewässer von McMurdo Sound zu erfassen. (Foto: Mike Lucibella)

ARTEMIS wird mit einem Prototypsystem programmiert, um die Entwicklung einer solchen Onboard-Programmierung zu unterstützen. Sobald er ins Wasser gelangt ist, geben die Forscher einen Punkt auf der Karte an, und mehr als 300.000 Codezeilen führen den Roboter automatisch dorthin, wo er hinsoll.

„Das Fahrzeug, das in den Weltraum fährt, muss viel kleiner und leichter sein als ARTEMIS“, sagte Peter Kimball, Ingenieur bei Stone Aerospace. Er fügte hinzu, dass ARTEMIS an Land mehr als 1.100 Kilo wog.“ So etwas zum Jupitermond zu schicken, ist völlig unmöglich.“

Momentan ist das ARTEMIS-Team noch dabei Daten auszuwerten. Bevor ein U-Boot tatsächlich ins Weltall starten kann, müssen die Forscher noch ein paar Schwachstellen beheben – doch dazu bleibt ihnen noch Zeit. Es ist sehr unwahrscheinlich, dass die Mission vor Ende der 2020er Jahre starten wird. Das Team hofft jedenfalls, dass ihr U-Boot dann mit an Bord sein wird. (Foto: Mike Lucibella)

Das Problem beim Entwerfen von Unterwasserfahrzeugen wie ARETMIS ist, dass selbst das Hinzufügen eines kleinen Instruments mit einer großen Gewichtszunahme verbunden ist. Je größer der Roboter ist, desto mehr Energie wird zum Antreiben benötigt, was wiederum größere Batterien erfordert, was zum Gesamtgewicht beiträgt, was wiederum mehr Energie zum Bewegen erfordert. Das Herausfinden der besten Möglichkeiten, die Systeme und Instrumente des Roboters zu verkleinern, wird eine große Herausforderung zur Ermöglichung zukünftiger Sonden sein.

Quelle: Michael Lucibella, Antarctic Sun

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