Landing Simulation, Guidance, Navigation and Control

Aktuelle Mond- und Planetenmissionen erfordern oft punktgenaue Landungen. Die Landung eines Sets wissenschaftlicher Instrumente am Rande eines bestimmten Kraters oder kritischer lebenserhaltender Systeme in der Nähe einer Mondstation ist mit der Kilometergenauigkeit der Vergangenheit nicht möglich. Um diese anspruchsvolle Landung durchführen zu können, wäre ein komplexes System zur Guidance, Navigation und Control der Landung (GN&C) erforderlich, das mehrere innovative Funktionen implementiert. Eine Terrain Relative Navigation (TRN) Funktion kann Sensoren wie optische und thermische Kameras, LIDAR, etc. verwenden, um relativ zu detektierten Geländemerkmalen zu navigieren. Um eine sichere Landung im gefährlichen Gelände zu gewährleisten, muss eine HDA-Funktion (Hazard Detection and Prevention) in der Lage sein, zu beurteilen, ob der ursprünglich geplante Landeplatz sicher ist, und wenn nicht, ggf. selbstständig ein Retargeting an einen anderen sicheren Ort initiieren. Die Guidance und Control (G&C) muss dann eine geeignete Flugbahn und ein entsprechendes Schubprofil zum neu gewählten Landeplatz berechnen.

In unserem Institut werden solche GN&C-Systeme für eine genaue und sichere planetare Landung entwickelt und simuliert. Während der Forschungsarbeit am Enceladus Explorer haben wir ein fortschrittliches GN&C-Subsystem-Konzept entwickelt, um in der Nähe von aktiven Geysiren aus Wasserdampf im Boden eines Canyons auf dem südpolaren Gelände des Saturnmondes Enceladus zu landen. Dies ist ein äußerst anspruchsvolles Landungsszenario, bei dem die Anforderungen an Genauigkeit und Sicherheit über denen von z.B. vergangenen Mars- oder Mondlandungen liegen.

Um ein solches Landungssystem zu entwickeln und zu testen, erstellt unser Institut auch ein Landungssimulationstool in Matlab. In diesem Tool werden die obigen Funktionen detailliert simuliert.

Ein weiteres anspruchsvolles Landekonzept, an dem wir arbeiten, ist die präzise und sichere Landung eines Penetrators auf dem Jupitermond Europa. Planetare Penetratoren sind kugelförmige Sonden, die mit hoher Geschwindigkeit auf eine Oberfläche auftreffen und sich in einer gewissen Tiefe unter ihr versenken, was den Zugang zu interessantem Material ermöglicht, das von der Weltraumumgebung nicht beeinflusst wurde. Bisherige Penetrator-Missionen waren jedoch nicht genau und zuverlässig genug. In unserem Institut entwerfen und simulieren wir ein genaues GN&C-System, welches erlaubt, wissenschaftlich interessantere und sicherere Bereiche mit einem planetaren Penetrator zu erreichen.

 

 

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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Roger Förstner

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Roger Förstner

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