Enceladus Explorer

Kontakt

Telefon

work
+49 241 80 27300

E-Mail

E-Mail
 

EnEx-RANGE

Logo EnEx-RANGE EnEx

EnEx-RANGE ist Teil der EnEx-Initiative des DLR Raumfahrtmanagements, der Name RANGE steht für "Robuste autonome Akustische Navigation in Gletscher-Eis". Beteiligt sind das III. Physikalische Institut B sowie das Institutscluster IMA/ZLW & IfU.

Intelligentes akustisches Sensornetzwerk

Das Ziel von RANGE ist die Entwicklung eines intelligenten akustischen Sensornetzwerks zur Unterstützung der Navigation einer autonomen Sonde innerhalb eines Eiskörpers.

Das intelligente akustische Sensornetzwerk wird aus einzelnen autonomen Pingereinheiten (engl. Autonomous Pinger Unit, kurz APU) bestehen. Diese sind mit aufeinander abgestimmten akustischen Sendeeinheiten und rauscharmen akustischen Empfangseinheiten ausgestattet. Das APU-Trägersystem besitzt die Fähigkeit sich selbst in einen Gletscher einzuschmelzen. Ein leistungsstarkes Datensystem verarbeitet die Sensordaten und steuert die Aktorik. Es wird eine lokale Entscheidungslogik implementiert, die auf Basis der Bewertung der Messdaten agiert. Diese lokale Entscheidungslogik realisiert die verteilte Optimierung des Netzwerks. Neben der automatisierten Positionsbestimmung über den wechselseitigen Austausch akustischer Signale erfolgt auch die selbständige Bewertung der Qualität dieser Signale. Diese Informationen werden zur Optimierung der Genauigkeit der Ortsbestimmung und der gleichförmigen Abdeckung des Testfeldes genutzt.

Navigation der EnEx-Sonde

Die im vorangegangenen EnEx-Verbundprojekt für die EnEx-Sonde entwickelten akustischen Ortungs- und Vorfelderkundungssysteme werden weiterentwickelt.

Zur absoluten Positionsbestimmung der EnEx-Sonde wurde ein akustisches Ortungssystem entwickelt. Durch eine Sensitivitätssteigerung der Sensorik soll dies verbessert und auf das APU-Netzwerk angepasst werden. Dabei soll die für das Ortungsnetzwerk entwickelte Technologie wiederum zum Einsatz kommen und zu einer Leistungssteigerung führen. Dies soll zu einer Verkürzung der Messstopps und Erhöhung der Messgenauigkeit führen. Ein wichtiger Aspekt ist auch hier die Erhöhung des Autonomiegrades. Durch die verbesserte Auswertung der akustischen Daten können lokal autonome Navigationskonzepte implementiert werden. Die EnEx-Sonde soll dadurch selbständig agieren können. Dies umfasst z.B. die Pfadplanung bezüglich zu erwartender Ortungsqualität anzupassen oder selbständig Messstopps zu initiieren, falls Fehlertoleranzen überschritten werden.

Die akustische Vorfelderkundung sammelt Informationen über die Umgebung der EnEx-Sonde auf Basis von Sonographie. Hierbei werden akustische Signale gerichtet ausgesandt und die an strukturellen Übergängen reflektierten Echos detektiert. Solche Übergänge treten vor allem an Hindernissen (z.B. Steine) oder Zielstrukturen (z.B. wassergefüllte Spalten) auf. So kann eine Karte von dem Vorfeld der Sonde erstellt werden, die für die Navigation genutzt werden kann. Die Sensorik dieses Systems soll optimiert werden und durch eine Leistungssteigerung der Elektronik soll die lokale Datenverarbeitung erweitert werden. Ziel hiervon ist die Steigerung der Sensitivität und der Reichweite dieses Systems.

Systemtests in Wasser und Gletschereis

Die Verbesserungen und die Systemoptimierung werden durch Systemtests in Wasser und Gletschereis überprüft. Der logistische Aufwand von Gletschermessungen ist sehr hoch, daher werden wenn möglich Messungen in Wasser durchgeführt. Kleine Tests können im institutseigenen Labor, dem Aachener Akustik Labor, durchgeführt werden. Größere Tests sind im Sprungbecken der Ulla-Klinger-Halle (früher Schwimmhalle-West) oder im Rursee, am RWTH-Gelände in Woffelsbach, geplant. Dies erlaubt weitläufige Anordnungen des APU-Netzwerkes und verschiedene Testszenarien, wie sie im Sommer 2017 auch in Gletschereis durchgeführt werden sollen. Das intelligente akustische Ortungsnetzwerk mit EnEx-Sonde soll im Eis eines Alpengletschers im Sommer 2018 final demonstriert werden.

 

EnEx-Initiative

Nicht verfügbar DLR

Die Suche nach außerirdischem Leben auf dem Saturnmond Enceladus ist Ziel der Raumfahrtmission Enceladus Explorer. Innerhalb der EnEx-Initiative des DLR Raumfahrtmanagements werden neue Technologien entwickelt, um diese Mission zu ermöglichen.

Der Saturnmond Enceladus ist für die Suche nach außerirdischem Leben ein vielversprechender Kandidat. Nicht nur seine relative Nähe zur Erde, sondern auch die durch die Raumsonde Cassini bereits nachgewiesene Existenz von flüssigem Wasser, was auch die Präsenz thermischer Energie voraussetzt, sowie von organischen Verbindungen macht ihn für eine Raumfahrtmission interessant. Nach heutigen astrobiologischen Vorstellungen sind damit alle Grundvoraussetzungen für die Entstehung von Leben gegeben.

Eine navigierbare Schmelzsonde soll unter der Eisoberfläche wassergefüllte Spalten detektieren, anbohren und Proben nehmen und analysieren. Um dieses Ziel zu erreichen werden innerhalb der EnEx-Initiative von verschiedenen Arbeitsgruppen unterschiedliche Aspekte bearbeitet. Aktuell umfasst die EnEx-Initiative folgende Projekte:

  • EnEx-CAUSE, Universität Bremen
    (Cognitive Autonomous Subsurface Exploration)
  • EnEx-DiMIce, RWTH Aachen
    (Directional Melting in Ice)
  • EnEx-MIE, Universität Braunschweig
    (Magnetic Improvement and Evaluation)
  • EnEx-NavEn, Bundeswehr Universität München
    (Navigationssystem auf Enceladus)
  • EnEx-nExT, FH Aachen
    (Environmental Experimental Testing)
  • EnEx-RANGE, RWTH Aachen
    (Robuste autonome Akustische Navigation in Gletscher-Eis)
 

EnEx-Verbundprojekt

Übersicht zum Enceladus Explorer Projekt. EnEx

Das Enceladus-Explorer-Verbundprojekt (2012 - 2015) war der Grundstein der EnEx-Initative. In diesem vom DLR Raumfahrtmanagement geförderten Forschungs- und Entwicklungsprojekt kooperierten sechs deutsche Hochschulen als Grundlage für eine zukünftige Raumfahrtmission.

Ein ähnliches Szenario wurde in der Antarktis durch Probenentnahme aus einem subglazialen Wasserreservoir getestet. Dazu war die Entwicklung von Navigationsverfahren in Eis, sowie eine Bildgebung des Vorfeldes notwendig. Eine Trägersonde auf Basis des sogenannten IceMoles wurde verwendet. Dieser ist eine kombinierte Bohr- und Einschmelzsonde, mit der Möglichkeit durch partielle Ansteuerung von Heizelementen Kurven zu fahren.

Für diese Mission wurden neben konventionellen Navigationslösungen zwei akustische Navigationssysteme entwickelt - ein Ortungssystem basierend auf Trilateration und eine sonografische Vorfelderkundung auf Basis von phasengesteuerten Ultraschallarrays.

Im November 2014 wurde durch die EnEx-Sonde erstmalig eine unberührte Wasserprobe aus den Blood Falls der Antarktis entnommen. Pressemitteilung der RWTH, Artikel der Zeitschrift Countdown und Pressemitteilung des DLR über die erfolgreiche Probennahme (Feb 2015).

Artikel über die DLR Förderung des Eceladus Explorer Projekts.

 
 

Links

Unsere Kollegen am IMA/ZLW & IfU

EnEx-RANGE und die EnEx-Initiative auf den Webseiten des DLR Raumfahrtmanagements

Cassini-Huygens ist eine Mission zur Erforschung des Saturns und seiner Monde. Ausfürliche Informationen hierzu sind beim DLR und bei der NASA zu finden

Internes EnEx3b Wiki

Mögliche Abschlussarbeiten und angefertigte Abschlussarbeiten

  Nicht verfügbar