Autonome Roboter erkunden Lavahöhlen für künftige Basislager auf dem Mond
Lavahöhlen gelten als interessante Orte für künftige Basislager auf dem Mond. Autonom arbeitende Roboterteams sollen die Eignung dafür überprüfen. Ob das funktioniert, hat ein Forschungsteam auf Lanzarote geprobt.
Das Roboterteam vor dem Höhleneingang auf Lanzarote.
Foto: Tobias Stark, DFKI
Die Besiedelung des Mondes ist ein großer Traum der Wissenschaft, überall auf der Welt wird geforscht, wie das zu erreichen ist. Da geht es zum Beispiel um Mondhäuser im 3D-Druck oder die Herstellung von Solarzellen aus Mondstaub. Als potenzielle Orte für zukünftige Basislager sind auch die Lavahöhlen auf dem Mond von großem Interesse. Um nichts dem Zufall zu überlassen, sollen Roboter diese Höhlen zuvor autonom erkunden. Das hat ein europäisches Konsortium unter Koordination des Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) jetzt bereits einmal auf der Erde geprobt – und zwar auf der kanarischen Insel Lanzarote.
Lanzarote der ideale Ort für Höhlenforschungen
Lanzarote gleicht in großen Bereichen einer Mondlandschaft – dort gibt es keine Vegetation, lediglich Lavagestein ist zu sehen. Innerhalb der Lava bilden sich häufig Blasen, mal direkt unter der Erdoberfläche, mal etwas tiefer. Der einheimische Künstler César Manrique baute 1970 fünf solche Lavahöhlen zu seinem Wohnhaus um. Heute zählt das Haus zur Manrique-Stiftung und kann besichtigt wird. Imposant ist auch ein unterirdischer Konzertsaal in einer riesigen Lavahöhle.
Kurzum: Lanzarote ist reich an Lavahöhlen und Wissen, wie diese bewohnbar gemacht werden können. Viele dieser Höhlen wurde noch nicht erkundet, unter anderem, weil sie schwer zugänglich sind. Solch eine Lavahöhle wurde nun autonom von einem europäischen Roboterteam erkundet. Während drei autonome Rover den Eingang untersuchten, drang ein Roboter durch Abseilen ins Innere der Höhle vor. Zuvor hatten die Roboter selbstständig eine geeignete Stelle gesucht und gefunden.
Projekt CoRob-X untersucht die Machbarkeit
Wie und ob sich Lavahöhlen als Basislager auf dem Mond nutzen lassen, untersucht das von der Europäischen Kommission geförderten Projekt CoRob-X (Cooperative Robots for Extreme Environments). Eine feste Station auf dem Mond, die als Ausgangspunkt für die weitere Erkundung unseres Sonnensystems dienen kann, ist ein entscheidendes Ziel der internationalen Raumfahrt.
Optimale Bedingungen für solch ein Lager bieten Lavahöhlen oder auch Krater. Sie bieten nicht nur Schutz vor Strahlung, Meteoriten und Temperaturschwankungen, es werden dort auch wichtige Ressourcen wie gefrorenes Wasser vermutet. Bevor sich jedoch Menschen in die Tiefen des Mondes wagen, sollen diese jedoch von autonomen Robotern untersucht werden. Doch wie kommen diese in die Höhle hinein? Diese Frage sollte bei den Feldversuchen auf Lanzarote beantwortet werden.
Roboter arbeiten künftig im Team
Sind Roboter in der heutigen Raumfahrt noch ferngesteuerte Einzelgänger, sollen diese in Zukunft im Team und außerdem autonom arbeiten. In dem vom DFKI Robotics Innovation Center koordinierten Projekt CoRob-X untersuchten neun europäische Partner seit März 2021 ein ambitioniertes Explorationskonzept, das auf der Zusammenarbeit heterogener Robotersysteme basiert. Das Projekt war nur eines von mehreren Forschungsprojekten, die im Rahmen des Horizon 2020-Programms durchgeführt wurden. Zusammengefasst sind die verschiedenen Projekt im Strategic Research Cluster (SRC).
Im Mittelpunkt von CoRob-X standen der Test und die Validierung der im SRC entwickelten Technologien. Den Robotern sollte die Teamarbeit in einem Lavahöhlenszenario ermöglicht werden. Zum Einsatz kamen die DFKI-Roboter „SherpaTT“ und „Coyote III“ sowie der Rover „LUVMI-X“ des belgischen Unternehmens Space Applications Services NV/SA. Alle drei Rover arbeiten vollkommen autonom.
Coyote III seilt sich mithilfe eines von SherpaTT bereitgestellten Abseil- und Dockingsystems in die Höhle ab.
Foto: Tom Becker, DFKI
Auf Lanzarote untersuchten die drei Roboter zunächst gemeinsam den Eingang einer Lavahöhle. LUVMI-X hatte die Aufgabe, einen Sensorwürfel in den Höhleneingang zu schießen. Das Roboterteam erhielt dadurch erste Informationen über des Höhleninnere. Auf Basis dieser Daten ermittelte das Team eine geeignete Stelle, an welcher einer der drei Roboter abgeseilt werden konnte. In Höhle hinab ging es für den kompakten Coyote III, während der robuste SherpaTT quasi den Steigbügelhalter spielte. Er bediente den Seilzug. Am Boden angekommen, entkoppelte sich der wendige Coyote III vom Seil- und Dockingmechanismus und erkundete die Höhle. Zudem erstellte er erfolgreich eine Karte der Höhlenumgebung.
25 Forschende begleiteten das Roboterteam
Bevor das Roboterteam in dem Feldversuch auf Lanzarote beweisen durfte, zu was es zu leisten im Stande ist, war erst einmal zwei Jahre menschliche Vorarbeit angesagt. Die fand hauptsächlich am DFKI in Bremen statt. Am 21. Januar 2023 machten sich dann rund 25 Projektmitarbeitende auf den Weg zur Kanareninsel, wo sie bis 11. Februar 2023 die Machbarkeit ihrer komplexen Mission beweisen wollten.
Auf Lanzarote angekommen, errichteten sie ihre Zelte direkt neben dem Höhleneingang, einem etwa fünf Meter breitem Loch, das den Zugang zu einer etwa vier Meter tiefen Lavahöhle gewährt. So ähnliche Bedingungen dürften die Roboter auch auf dem Mond antreffen, wenn sie dort nach möglichen Standorten für ein Basislager suchen. Erschwert wurden die Feldtests durch äußerst wechselhafte Wetterbedingungen, aber auch wissenschaftliche und technische Herausforderungen machten dem Forschungsteam immer wieder zu schaffen.
Aller Widrigkeiten zum Trotz, zeigten sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hocherfreut über die Ergebnisse. Sie werteten die Feldtests als großen Erfolg und Meilenstein für zukünftige Langzeitmissionen auf dem Mond. Dr. Thomas Vögele vom DFKI, der das Projekt koordinierte, bezeichnete die Analogmission in Lanzarote als “eine wahre Herausforderung für Mensch und Material. Die Erforschung einer Lavahöhle mit drei autonomen Rovern ist vor CoRob-X in dieser Form noch nicht demonstriert worden. Wir haben gezeigt, dass es möglich ist und sind damit hoffentlich einer echten Mondmission ein Stück nähergekommen.”
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