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Erkundung des Weltraums: Lunar Rover & ein Stück Mond in Luxemburg

Erfahren Sie mehr über Mondkarten und erhalten Sie einen Einblick in einige der luxemburgischen Forschungsprojekte, die der FNR unterstützt und die dazu beitragen, die Erforschung des Weltraums voranzutreiben.

Die Geschichte hinter dem Bild: Verstehen, wo es Licht und wo es Dunkelheit gibt

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Dies ist eine Karte, die das Licht hervorhebt, das auf den Nordpol des Mondes trifft. Warum ist eine solche Karte für Wissenschaftler, die an Lunar-Rovern arbeiten, von Interesse?

Bevor die Menschheit mit der Planung der Erforschung der Ressourcen des Mondes oder Asteroiden beginnen kann, sind gute Karten ein wichtiger Schritt. Rover und Instrumente, die den Mond erkunden könnten, werden wahrscheinlich auf Solarenergie und Batterien angewiesen sein. Karten wie diese zeigen, welche Bereiche viel Licht erhalten - und welche dunkel sind.

Schätze in der riskanten Dunkelheit

Selbst an Orten in der Nähe der Pole, die etwas Sonnenlicht erhalten, muss man wissen, wie viel Sonnenlicht sie erhalten – blöd wäre es, wenn ein Rover lange genug im Dunkeln festsitzt, dass die Batterien leer sind.

Warum nicht einfach dunkle Gebiete meiden? Dauerhaft beleuchtete und dauerhaft dunkle Stellen an den Mondpolen sind ideale Orte für die Erkundung und Erschließung lunarer Ressourcen. Die Rover werden sich in die dunklen Gebiete wagen müssen, denn nur dort kann es Wassereis geben - unerlässlich für jede Hoffnung auf Lebenserhaltung auf dem Mond.

LunaLab: Ein Stück Mond in Luxemburg

Ein starker Kontrast zwischen Licht und Schatten, die kraterartige Oberfläche ist körnig und staubig. Mit einer Bewegung, die der eines Panzers nicht unähnlich ist, rollt ein Rover am Rand des Kraters heran. Was sich wie der Mond anhört, ist in Wirklichkeit ein 80 m2 großes Labor, in dem 20.000 kg Basaltschotter den Untergrund des Mondes simulieren. Überall mit Sensoren ausgestattet, können Studenten und Forscher ihre Künstlich Intelligenz (KI) Algorithmen und die Bewegungen der Roboter millimetergenau überwachen.

Das LunaLab, das im Rahmen des "Interdisciplinary Space Masters" der Universität Luxemburg eröffnet wurde, ist eine der wenigen Einrichtungen weltweit, die mondähnliche Bedingungen simuliert.

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Ein Rover mit einem Roboterarm im LunaLab (Foto von Philippe Ludivig - Gewinner in der Kategorie "Places and tools" in der 2021 FNR Science Image Competition)

"Neue Unternehmen konzentrieren sich auf neue Aktivitäten, bei denen Robotik essenziell ist - wie zum Beispiel die Erforschung des Weltraums. Im LunaLab konzentrieren wir uns auf die Simulation des visuellen Erscheinungsbildes des Mondes, so dass wir KI-Algorithmen für die Lokalisierung, Kartierung, Trajektorienplanung und Steuerung - im Grunde die autonome Navigation der Roboter - testen können" - Prof. Miguel Olivares-Mendez

FOKUS AUF AUTONOME RAUMFAHRZEUGE

Prof. Miguel Olivares-Mendez, der das LunaLab leitet, arbeitet mit seiner 15-köpfigen Forschungsgruppe SpaceR an der Entwicklung von KI-Algorithmen zur autonomen Navigation in verschiedenen Forschungsbereichen mit Bezug zum Weltraum. Dazu gehören die orbitale Robotik - Raumfahrzeuge oder Satelliten, die bestimmte Aufgaben im Weltraum autonom, teilautonom oder ferngesteuert ausführen können.

Zur planetaren Robotik gehören Lander, Rover, Hopper und andere mobile Systeme zur Erkundung von Himmelskörpern und zum Auffinden, Identifizieren, Extrahieren und Sammeln von Weltraumressourcen für deren Nutzung im Weltraum (ISRU).

Konkrete Beispiele für die Orbitalrobotik sind Satelliten und Raumfahrzeuge, die mit Robotikwerkzeugen wie Roboterarmen oder robotischen Andocksystemen für On-Orbit-Services wie Betankung, Wartung, Re-/De-Orbit, etc. ausgestattet sind, mit kollaborativen und nicht-kollaborativen Zielen. Beides zusammen wird als Space Robotics definiert.

INSTRUMENTE FÜR DIE WELTRAUMROBOTIK

Gemeinsam mit Prof. Gilbert Friedgen (FNR-Paypal PEARL Lehrstuhl) startet Miguel im Sommer 2021 ein neues Weltraumforschungsprojekt, in dem die Wissenschaftler Weltraumroboter entwickeln werden, die einer vorgegebenen Governance folgen (RegTech) und autonome wirtschaftliche Entscheidungen treffen (FinTech), um gemeinsam kollaborative Multi-Roboter-Systeme zu schaffen.

Diese Art der dynamischen Zusammenarbeit zwischen Weltraumrobotern könnte die Marktbarrieren im Raumfahrtsektor senken und die gesamte Branche verändern.

Einem Lunar Rover beibringen, allein auf dem Mond zu navigieren

Im Jahr 2017 begann ein großer internationaler Rummel um die Weltraumforschung und Luxemburg: Luxemburg verabschiedete einen gesetzlichen Rahmen für die Nutzung von Weltraumressourcen und startete die Initiative spaceresources.lu, um Unternehmen im Raumfahrtsektor anzuziehen. Im Jahr 2020 wurde das Europäische Innovationszentrum für Weltraumressourcen (ESRIC) eröffnet und im selben Jahr wurde die Weltraumrobotik Teil der nationalen Forschungsprioritäten Luxemburgs.

Luxemburg hat sich schon früh in einen Namen in der Erforschung von Weltraumressourcen, mit mehreren Forschungsprojekten, die sich mit dem Gebiet beschäftigen, das von vielen als eine Art letzter Frontier betrachtet wird.

Unternehmen, die den Sprung in dieses Abenteuer wagen wollen, sind auf die Expertise von Wissenschaftlern angewiesen, die ihnen bei der Verwirklichung ihrer Visionen helfen - der in Luxemburg geborene Philippe Ludivig ist einer dieser Wissenschaftler.

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Philippe Ludivig mit einem Lunar Rover auf dem ispace-Mondtestgelände in Luxemburg

Zeit ist alles

Bei der Erforschung des Weltraums ist Zeit alles. Die Zeit, die ein Mondrover zur Erfüllung seiner Mission hat, ist begrenzt und im Idealfall sollte keine Zeit verschwendet werden - ein Mondrover sollte herausfinden, wie er so schnell wie möglich von A nach B kommt.

"Jede Autonomie, die man dem Roboter geben kann, erhöht die Menge an Wissenschaft, die man in der Missionszeit erledigen kann" - Philippe Ludivig

"Jede Autonomie, die man dem Roboter geben kann, erhöht die Menge an Wissenschaft, die man in der Missionszeit erledigen kann" - Philippe Ludivig

Philippe arbeitet an der Entwicklung eines Navigationssystems für einen kleinen Mondrover: Er bringt ihm bei, sich auf der Mondoberfläche zurechtzufinden, indem er eine Karte erstellt und sich selbst auf dieser Karte lokalisiert.

Stück für Stück eine Karte erstellen

In der Forschung wird dies als "SLAM" bezeichnet - "Simultaneous Localisation and Mapping". Es ermöglicht dem Rover im Wesentlichen, seine Umgebung zu verstehen, was der erste Schritt ist, um in dieser Umgebung autonome Entscheidungen zu treffen.

Bei dem System, das Philippe entwickelt, scannt der Lunar Rover jeweils einen Bereich, der als Punktwolke dargestellt wird - eine 3D-Karte der Oberfläche. Stück für Stück erstellt der Rover eine Karte. Der Computer Wissenschaftler arbeitet sowohl mit Mondrovern auf dem ispace-Mondtestgelände in Luxemburg als auch mit Rovern im LunaLab am SnT der Universität Luxemburg, an denen er seine Forschung testet.

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Ein Mond/Lunar Rover in einer virtuellen Mondumgebung (Foto von Philippe Ludivig)

Bis 2023 soll dieses neuartige Navigationssystem in Betrieb sein und eine Schlüsselrolle im ambitionierten Programm von ispace zur Erforschung des Polareises spielen.

"Es ist schön, wenn man abends nach Hause geht, auf den Mond schaut und sagen kann: 'Da geht meine Forschung hin!'" - Philippe Ludivig

Philippe führt seine Forschungen im Rahmen eines Kooperationsprojekts zwischen dem SnT der Universität Luxemburg und dem japanischen Monderkundungsunternehmen ispace durch. Die FNR verfügt über spezielle Förderprogramme (Industrial Fellowships und BRIDGES), die es Forschern in Luxemburg ermöglichen, mit Unternehmen zusammenzuarbeiten. Philippes Projekt ist eines von vier FNR-finanzierten Kooperationen zwischen ispace und Forschern.

Holen Sie sich die LetzSCIENCE App im App/Play Store und erleben sie einen Lunarrover auf der Mondoberfläche in augmented reality (erweiterter Realität).

Apple /iOS: https://bit.ly/letzSCIENCEiOS

Android: https://bit.ly/letzSCIENCE_android

FNR letzscience moon

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