Entwicklung und Validierung autonomer Nahfeldnavigation kooperativer Raumfahrzeuge zur Landung auf kleinen planetaren Körpern

Asteroiden sind in den letzten Jahren zunehmend in den Mittelpunkt der Weltraumforschung gerückt. Neben wissenschaftlichen Fragen nimmt auch das Interesse an Asteroiden als Rohstofflieferanten zu. Über die Zusammensetzung von Asteroiden, insbesondere die innere Zusammensetzung, die nur durch in-situ-Messungen gewonnen werden kann, ist jedoch sehr wenig bekannt. Um einen Überblick über die allgemeine Zusammensetzung von Asteroiden und das Vorhandensein möglicher Ressourcen zu erhalten, ist es unerlässlich, eine große Anzahl solcher in-situ-Messungen an Asteroiden durchzuführen. Aufgrund von Kommunikationseinschränkungen ist die Steuerung eines Raumfahrzeugs von der Erde zur Landung auf Asteroiden jedoch extrem schwierig bis unmöglich. Eine Lösung besteht darin, solche Landungen autonom durchzuführen. Autonome Navigation und Landung ermöglichen die Erforschung mehrerer Asteroiden, Kometen und Monden, wodurch eine detaillierte Erforschung des Schwerefeldes, der Topographie und der Identifizierung von Ressourcen in solchen Körpern möglich wird.

Für die Entwicklung und Validierung des autonomen Landevorgangs wird eine Testumgebung implementiert, in der sich ein Multicopter wie ein Raumfahrzeug in einer Mikrogravitationsumgebung verhält. Das SBNDVE (Small-Body-Navigation-Development-and-Validation-Environment) ist ein zentrales Element des Projekts und wird dazu verwendet, die Methoden und Algorithmen zur autonomen Landung eines Raumfahrzeugs und eines kleinen Planetenkörpers zu testen und zu validieren. Im Rahmen des Projekts ist geplant, mit dem SBNDVE im Gipfelkrater des Vulkans El Teide auf den kanarischen Inseln das autonome Landen zu testen. Aufgrund der Ähnlichkeit der Oberflächen von Asteroiden und Gipfelkrater wurde dieses Gebiet als Testgebiet ausgewählt.

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Emulation eines Asteroiden-Landers mittels einer Multicopter-Drohne (© svgrepo)

Das Hauptziel des Projekts KaNaRiA-NaKoRa ist die Entwicklung der Navigationseinheit eines Raumfahrzeugs zur autonomen Landung auf kleinen Planetenkörpern wie Asteroiden, Kometen und Monden. Im Rahmen des Projekts sollen die Methoden, Algorithmen und Sensoren für die autonome Navigation und Steuerung des Landers entwickelt, validiert und getestet werden. Die Tests und Validierung werden in einer relevanten, asteroidenähnlichen Umgebung durchgeführt, so dass der nächste "Technology Readiness Level" (TRL) erreicht werden kann. Das Projekt führt außerdem auch zu innovativen Technologien für terrestrische Anwendungen wie die präzise autonome Steuerung von Land-, Luft- und Wasserfahrzeugen auf der Erde.


Prof. Dr.-Ing. Roger Förstner, Professor für Raumfahrttechnik und Prof. Mag. Dr. Thomas Pany, Professor für Satellitennavigation, haben beim Nationalen Raumfahrtprogramm Navigation erfolgreich das Projekt KaNaRiA-NaKoRa eingeworben.

Laufzeit: 01.06.2019 bis 31.05.2022
Förderer: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) – Nationales Raumfahrtprogramm Navigation