Roboter trainieren in LUNA für ihre Arbeit auf dem Mond

Roboter auf Weltraum-Mission: Sie können messen, bauen, analysieren – und sie sind auch eine wichtige Unterstützung bei der Erkundung des Mondes. Kommen die Roboter mit den harschen Bedingungen auf dem Mond zurecht? Das kann in der LUNA-Halle getestet werden. LUNA ist eine gemeinsame Forschungsanlage des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) in Köln. In den letzten Tagen sind Rover der japanischen Tohoku-Universität durch den LUNA-Mondstaub gefahren. Die Roboter, die mit künstlicher Intelligenz (KI) arbeiten, haben geübt, wie sie Steine aufnehmen, alleine navigieren und sich selbst zu größeren Roboter-Einheiten zusammensetzen.

Die MoonBots sind ein modulares, selbst rekonfigurierbares Robotersystem, das seine Struktur und sein Verhalten an die verschiedenen Bedingungen auf der Mondoberfläche autonom anpassen kann. Durch den Einsatz von KI-basiertem Lernen und kooperativen Kontrollstrategien können MoonBots ihre Fortbewegungsarten ändern. Sie können auch Einheiten mit mehreren Robotern bilden und bei Aufgaben wie dem Transport von Bauelementen oder der Navigation in unebenem Gelände zusammenarbeiten. In der LUNA-Halle wurden die MoonBots in einer simulierten polaren Umgebung auf dem Mond getestet. In einer besonderen Konfiguration – dem „Drachen“ – kombinierte der Roboter zwei Arme und zwei Räder-Paare. Der „Drachen“ zeigte seine Beweglichkeit im verformbaren LUNA-Mondstaub, navigierte erfolgreich durch kraterähnliche Vertiefungen, näherte sich interessanten Steinen und kletterte einen steilen Abhang hinauf.

„Die LUNA Analog Facility bot eine hervorragende Gelegenheit, die Leistung unseres Robotersystems MoonBot zu bewerten. Die Halle ist vollständig mit einem hochwertigen Mondboden-Simulator gefüllt – ein weltweit äußerst seltenes Merkmal –, was es uns ermöglichte, wertvolle Daten über die Traktionsmechanik zwischen diesem staubigen Boden und den Rädern unseres Rovers zu sammeln. Der Sonnenlichtsimulator ist ein weiterer bemerkenswerter Vorteil der Anlage. Da wir uns auf die Erforschung der Polarregionen des Mondes konzentrieren, wo der Einfallswinkel der Sonne extrem niedrig ist, freuen wir uns besonders, die Fähigkeiten unseres Roboters in einer so realistischen und anspruchsvollen Umgebung zu demonstrieren. Es war wirklich so, als ob wir bereits am Südpol des Mondes arbeiten würden“, sagt Prof. Kazuya Yoshida.

Prof. Kazuya Yoshida vom Space Robotics Lab (SRL) der Tohoku Universität leitet das Projekt „Self-Evolving AI Robot System for Lunar Exploration and Human Outpost Construction“ (Selbstentwickelndes KI-Robotersystem für die Erforschung des Mondes und den Bau menschlicher Außenposten) im Rahmen des Moonshot R&D Goal 3 des japanischen Kabinetts. Das Projektteam für die Entwicklung des MoonBot besteht aus Forschenden des Osaka Institute of Technology, der Kyoto University, der Tokyo University of Science, des National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) und der Tohoku University.

700 Quadratmeter Mondoberfläche

In der LUNA-Halle befindet sich unter anderem eine 700 Quadratmeter große simulierte Mondoberfläche. Sie ist gefüllt mit „irdischem Mondstaub“, der dem echten Regolith täuschend ähnlich ist. Der feine und scharfkantige Regolith kann sich etwa an technischen Geräten festsetzen und Probleme verursachen. Steine und Felsen in der Halle sind der Mondgeologie nachempfunden und ein Sonnensimulator erzeugt Lichtverhältnisse wie auf dem Mond.

Ein um drei Meter abgesenkter Bereich erlaubt auch das Testen von Bohrtechniken. Auf einer verstellbaren Rampe können künftig Versuche mit einer schrägen Ebene durchgeführt werden. Das „Gravity Offloading System“ wird demnächst die Schwerkraft des Monds nachbilden. Dazu werden an der Decke Laufwagen und Seilsysteme installiert, sodass sich Astronautinnen und Astronauten oder Rover wie auf dem Mond mit einem Sechstel ihres eigenen Gewichts bewegen. Seit April dieses Jahres steht das FLEXhab, ein Wohnbereich für astronautische Missionen, bereit. Als weiteres externes Modul wird das Forschungsgewächshaus EDEN LUNA zukünftig angebunden. LUNA, der „Moon on Earth“, ist am 25. September 2024 offiziell eröffnet worden. Das Land NRW fördert das Gemeinschaftsprojekt von DLR und ESA mit 25 Millionen Euro. LUNA kann von nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen, Raumfahrtagenturen, Universitäten, Industrieunternehmen und Start-ups genutzt werden.

„LUNA ist eine wegweisende Anlage zur Vorbereitung künftiger astronautischer und robotischer Mondmissionen. Die Ausstattung und die Integration in die Forschungsumgebung ermöglichen unterschiedlichste Simulationen für Mondaktivitäten. Mit LUNA haben wir zentral in Europa eine einzigartige Einrichtung, in der Firmen und Institute ihre Technologien testen, bevor sie auf dem Mond eingesetzt werden. Außerdem können Astronautinnen und Astronauten sowie die Teams in den Kontrollzentren ihren Einsatz möglichst realitätsnah trainieren“, sagt Dr. Anke Pagels-Kerp, Bereichsvorständin Raumfahrt im DLR.

Die LUNA-Anlage ist mit den Datennetzwerken des Deutschen Raumfahrtkontrollzentrums (GSOC) in Oberpfaffenhofen verbunden, an die auch das DLR Microgravity User Support Center (MUSC) und das Europäische Astronautenzentrum (EAC) angeschlossen sind. Am GSOC wird außerdem das Human Exploration Control Center (HECC) aufgebaut – das europäische Kontrollzentrum für die zukünftigen Artemis-Mondmissionen.

Lange Tradition in der Zusammenarbeit mit Japan

Japan ist seit über drei Jahrzehnten einer der wichtigsten außereuropäischen Partnerstaaten für das DLR. Das DLR ist in rund 300 Kooperationsthemen mit Japan verbunden, allein etwa 160 in der Raumfahrt. Die strategische Partnerschaft mit der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) ist ein Kernbestandteil der Aktivitäten. Der deutsch-französische Asteroidenlander MASCOT leistete im Oktober 2018 einen wichtigen Beitrag zur Erforschung der Bodenbeschaffenheit des Asteroiden Ryugu im Rahmen der japanischen Asteroidenmission Hayabusa2. Die enge Zusammenarbeit wird unter anderem mit der Mars-Mond-Mission MMX sowie der Asteroiden-Sonde DESTINY+ fortgesetzt. Außerdem gibt es Kooperationen mit dem National Institute for Advanced Industrial Science and Technology (AIST), mit der Tokyo University of Science, mit dem Railway Technical Research Institute sowie mit etwa 50 weiteren japanischen Forschungseinrichtungen und Firmen.

Gemeinsame Forschungsaktivitäten zwischen dem Space Robotics Lab (SRL) der Tohoku-Universität und dem DLR, insbesondere im Bereich der Weltraum-Robotik, begannen in den 1990er Jahren. Im Jahr 2013 wurde ein Kooperationsabkommen zwischen der Tohoku-Universität und dem DLR unterzeichnet, um die Zusammenarbeit mit der Universität insgesamt zu stärken. Die jüngste MoonBot-Kampagne in LUNA ist eine Erweiterung der langjährigen und fruchtbaren Zusammenarbeit.

Quelle: DLR e.V.