IceShuttle Toredo, Bild: DFKI

Das IceShuttle Toredo ist eine Schmelzsonde, die das autonome Unterwasserfahrzeug Leng mit Hilfe eines thermalen Bohrmechanismus durch die Eisdecke transportiert. Darunter befindet sich ein tiefer Ozean, vielleicht mit extraterrestrischem Leben., Bild: DFKI

Ziel des Projekts Europa-Explorer war es, im Rahmen terrestrischer Szenarios zu zeigen, dass ein Roboterteam den in Jupiters Schatten liegenden Eismond Europa autonom erkunden kann. Um sich ein Bild von den Umgebungsbedingungen zu machen, wie sie auf, aber vor allem unter der lunaren Oberfläche herrschen, griffen die DFKI- Wissenschaftler auf Daten des Göttinger Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zu Temperatur, Gravitation, Strömung und Geräuschkulisse zurück.

Mutmaßlich befinden sich unter der Eisdecke des Mondes in rund 100 Kilometern Wassertiefe Hydrothermalquellen, die durch das Spenden von Wärme und Mineralien selbst an dunklen und kalten Orten Leben ermöglichen. Um diese aufzufinden, muss ein Explorationsfahrzeug den Grund des Meeres erreichen und zuvor den mächtigen Eispanzer auf der Oberfläche des Ozeans durchdringen. Dies gelingt mit Hilfe eines Trägersystems, das sich durch die äußere Eiskruste bohrt, und dem Fahrzeug anschließend als Basisstation und Schnittstelle zu den Wissenschaftlern auf der Erde dient.

Autonomes Unterwasserfahrzeug

Unterwasserfahrzeug Leng, Bild: DFKI
Das autonome Unterwasserfahrzeug hat einen besonders geringen Durchmesser und eine hydrodynamische Strömungshülle, um mit wenig Energie lange Strecken zurückzulegen. Bild: DFKI

Für dieses Szenario haben die DFKI-Wissenschaftler das autonome Unterwasserfahrzeug (AUV) Leng und das IceShuttle Toredo entwickelt. Leng wurde als Langstrecken-Explorationsfahrzeug konzipiert. Seine Form ist speziell auf die Missionsanforderungen angepasst: ein möglichst geringer Durchmesser, um in das IceShuttle zu passen, sowie eine hydrodynamische Strömungshülle, um mit wenig Energieaufwand lange Strecken zurücklegen zu können.

Beim IceShuttle Toredo handelt es sich um eine Schmelzsonde, die das AUV mit Hilfe eines thermalen Bohrmechanismus durch die Eisdecke transportiert. Um den Energieaufwand beim Bohren zu minimieren, wird ein Bohrloch mit einem möglichst geringen Querschnitt angestrebt, folglich muss auch das IceShuttle möglichst schmal sein.

Navigation im Ozean, Bild: DFKI
Mit dem IceShuttle gelangt Leng durch die mehrere Kilometer dicke Eisdecke in den Ozean. Hier navigiert das autonome Unterwasserfahrzeug mit vielen unterschiedlichen Navigationssensoren. Durch Schallsignale bestimmt es seine Position. Bild: DFKI

Im Fokus des Projekts stand insbesondere die Navigationsfähigkeit des Unterwasserfahrzeugs: Um sich präzise selbst lokalisieren zu können, ist Leng mit einer Vielzahl unterschiedlicher Navigationssensoren ausgestattet. Diese senden u.a. Schallsignale aus, über die das Fahrzeug seine Position ähnlich der GPS-Methode bestimmen kann. Anhand seines Abstands und Blickwinkels auf einen bestimmten Punkt errechnet das System seine Position und findet nach seinem Tauchgang eigenständig zur Basisstation zurück, um die gesammelten Informationen über eine Schnittstelle an das IceShuttle zu übermitteln und seine Energie aufzuladen. Dabei muss das Roboterduo komplett ohne Steuerung von der Erde auskommen. Denn ein von dort gesendetes Signal kommt mit 33 bis 53 Minuten Zeitverzögerung an – zu lang, um spontan auf neue Situationen reagieren zu können.

Maritimen Explorationshalle

Tests in der maritimen Explorationshalle, Bild: DFKI
Erste Tests und Missionsszenarien wurden in der maritimen Explorationshalle durchgeführt. Bild: DFKI

Die einzigartige Laborlandschaft des DFKI mit seiner europaweit einmaligen Maritimen Explorationshalle ermöglichte es den Wissenschaftlern, die Systeme komplett vor Ort zu entwickeln und zu testen. Missionsszenarien konnten in den Testbecken unter realitätsnahen und kontrollierbaren Bedingungen simuliert und Komponenten in der Druckkammer auf ihre Tiefseetauglichkeit überprüft werden.

Das Projekt, das am 30. April 2016 endete, wurde mit rund 1,5 Millionen Euro vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) über eine Laufzeit von drei Jahren und vier Monaten gefördert. In möglichen Folgeprojekten wollen die Wissenschaftler die Funktionsfähigkeit der in Europa-Explorer entwickelten Systeme auch jenseits der Labore in noch realistischeren Umgebungen, etwa der Arktis, testen.