GMV läutet mit LUPIN eine neue Ära der automatisierten Monderkundung ein
Nach der Durchführung von Feldversuchen vom 27. April bis zum 8. Mai in der Gemeinde La Oliva (Fuerteventura) hat das multinationale Technologieunternehmen GMV das Projekt LUPIN(Enabling High-Performance PNT in the Lunar Environment) vorgestellt, eine bahnbrechende Initiative der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), die darauf abzielt, einen Prototyp eines Navigationssystems zu entwickeln, das die zukünftigen Signale simuliert, die von Rovern auf der Mondoberfläche empfangen werden. Es handelt sich um ein GPS-ähnliches Navigationssystem für den Einsatz auf der Mondoberfläche, das Nutzern wie Rovern oder Astronauten ein ähnliches Navigationsinstrument wie Google Maps bietet.
Vor dem Hintergrund des wiedererwachten Interesses an der Erforschung des Mondes ist die Entwicklung fortschrittlicher Technologien zur Unterstützung von Rover-Aktivitäten, Landern und sogar der Anwesenheit von Menschen auf der Mondoberfläche zu einer strategischen Priorität für die Raumfahrtindustrie geworden. In diesem Rahmen treibt die ESA dieses bahnbrechende Projekt im Rahmen des Navigationsinnovations- und -unterstützungsprogramms (NAVISP) voran, bei dem neue Techniken für die Positionierung, Navigation und Zeitsynchronisation (PNT) für die Erforschung der Mondoberfläche und für Anwendungen getestet werden sollen. Diese Technologien werden die derzeitigen planetarischen PNT-Methoden mit den künftigen LCNS-Entfernungsmessungssignalen(Lunar Communication Navigation System) kombinieren. Dabei handelt es sich um Satellitensignale, die in der gleichen Weise wie die GPS-Signale auf der Erde verwendet werden, jedoch mit Satelliten, die den Mond umkreisen und an die verschiedenen Bereiche von Interesse angepasst sind (z. B. der Mondsüdpol, die verborgene Seite oder ständig beschattete Regionen).
Die derzeitigen Möglichkeiten der Mondnavigation unterliegen erheblichen Beschränkungen. Anders als die Erde verfügt der Mond nicht über eine Infrastruktur von Ortungssatelliten wie GPS. Das bedeutet, dass Raumfahrzeuge und Rover ihren Standort nicht in Echtzeit genau bestimmen können, sondern sich auf interne Berechnungen und von der Erde gesendete Daten verlassen müssen. Um diese Hindernisse zu überwinden, hat GMV im Auftrag der ESA den Prototyp LUPIN für die Mondnavigation entwickelt. Diese Technologie wird die Art und Weise, wie Astronauten und Fahrzeuge auf der Mondoberfläche arbeiten, im nächsten Jahrzehnt revolutionieren. LUPIN wird die Abhängigkeit von komplexen On-Board-Algorithmen zur relativen Positionsbestimmung verringern und die Leistung und Effizienz von Rovern auf der Mondoberfläche optimieren.
Dieser Fortschritt wird nicht nur die Genauigkeit verbessern, sondern auch eine schnellere und effizientere Streckenführung ermöglichen und gleichzeitig den für die Navigation erforderlichen Rechenaufwand verringern. Infolgedessen werden die Geschwindigkeitsgrenzen des Rovers in erster Linie durch die Geländebedingungen und nicht durch technische Beschränkungen bestimmt, was eine neue Ära der automatisierten Monderkundung einläutet.
Während der Fuerteventura-Kampagne wurde das Echtzeit-Navigationssystem durch verschiedene Tests, die die Bedingungen zukünftiger LCNS-Signale für die präzise Positionierung und Ortung eines Rovers auf der Mondoberfläche darstellten, erfolgreich überprüft und validiert.
Bei der Preisverleihung in der Ringer-Arena von Lajares betonte der Bürgermeister von La Oliva, Isaí Blanco, „dass es für das Rathaus von La Oliva eine Ehre ist, eine so innovative Initiative wie dieses Projekt in unserer Gemeinde durchzuführen. Der Erfolg dieser Feldversuche zeigt, dass die Insel und insbesondere La Oliva für derartige Versuche geeignet sind, die einen bedeutenden Fortschritt für die Wissenschaft darstellen, ohne den Schutz unserer Umwelt zu gefährden.“
Für den Innovationsbeauftragten der Inselregierung von Fuerteventura, Rayco León, hat die Insel bewiesen, dass sie eine Referenz in der Luft- und Raumfahrttechnologie ist, mit so wichtigen Projekten wie denen des Technologieparks Fuerteventura, die der Diversifizierung der Wirtschaft in spezialisierten Bereichen dienen. Daher ist es wichtig, dass Projekte im Bereich der Innovation weiter entwickelt werden und dass Fuerteventura der Rahmen für eine Initiative wie die heute vorgestellte ist.
Mariella Graziano, GMV-Direktorin für Strategie und Geschäftsentwicklung in den Bereichen Wissenschaft, Exploration und Verkehr, und Steven Kay, GMV-Projektleiter für LUPIN, erläuterten den Inhalt und die Einzelheiten der Feldtests. Laut Steven Kay, „wurden erfolgreich mehr als 7 km Fahrdaten bei verschiedenen Geschwindigkeiten gesammelt, die von den üblichen 0,2 m/s bis zu den künftigen schnellen Geschwindigkeiten von 1,0 m/s reichen. Darüber hinaus wurden verschiedene Bedingungen und Arten von Mondumgebungen simuliert, darunter auch nächtliche Tests mit einer Kombination aus simuliertem Sonnenlicht, um die Lichtverhältnisse auf dem Mond nachzuahmen, und auch in völliger Dunkelheit, wobei nur die Beleuchtung an Bord des Rovers zur Navigation verwendet wurde.“ „Das Team hat auf Fuerteventura hart gearbeitet und Tests durchgeführt, um die Entwicklung eines möglichen PNT-Systems für Nutzersegmente zu unterstützen, das in der Lage ist, genaue Standortinformationen für zukünftige Mondmissionen zu liefern. Bei GMV möchten wir die Grenzen der Technologie erweitern und die Zukunft zur Gegenwart machen“, fügt Mariella Graziano hinzu.
Aktuelle Mondnavigationstechnologien und ihre Grenzen im Vergleich zu terrestrischen Systemen wie Google Maps
Seit den ersten Mondlandungen im 20. Jahrhundert hat die Erforschung des Mondes einen langen Weg zurückgelegt. Missionen wie die Artemis der NASA, die chinesischen Chang'e-Module oder die indische Chandrayaan nutzen hochentwickelte Technologien, um auf der Mondoberfläche zu navigieren. Diese Fähigkeiten reichen jedoch bei weitem nicht an die Flüssigkeit und Genauigkeit heran, die wir auf der Erde mit Anwendungen wie Google Maps erleben.
Mondmissionen nutzen eine Kombination aus Trägheitsnavigationssystemen (INS), optischen Kameras, Höhensensoren (LIDAR) und digitalen Karten, die von Satelliten in der Umlaufbahn erstellt werden. Diese Karten ermöglichen es, Routen mit relativer Genauigkeit zu planen, Hindernisse und Gebiete von wissenschaftlichem Interesse zu identifizieren und Mondlandemanöver mit immer geringeren Fehlerquoten durchzuführen.
Darüber hinaus experimentieren einige Module mit einer begrenzten autonomen Navigation, bei der Computer-Vision-Algorithmen eingesetzt werden, um das Gelände in Echtzeit mit zuvor gespeicherten Karten zu vergleichen. Diese Technologie ist besonders nützlich, wenn es zu Verzögerungen bei der Kommunikation mit der Erde kommt oder bei der Erkundung von Regionen auf der anderen Seite des Mondes.
Auch wenn sich die Kartierung des Mondes deutlich verbessert hat, ist sie nach wie vor unvollständig und statisch. Es gibt keine Echtzeit-Updates oder Informationen über Geländeveränderungen, die durch jüngste Einschläge oder Mondstaubbewegungen verursacht wurden. Die Kommunikation hängt von der direkten Sichtbarkeit mit der Erde oder dem Einsatz von Relaissatelliten in der Mondumlaufbahn ab, wodurch Kommunikationsschattenzonen und Latenzzeiten entstehen, die sofortige Entscheidungen erschweren.
Im Gegensatz dazu stützen sich Systeme wie Google Maps auf ein globales Netz von GPS-Satelliten, ständige mobile Konnektivität, Sensoren auf Millionen von Geräten und dynamische Aktualisierungen. Wir können unsere genaue Position sofort erfahren, metrisch genaue Wegbeschreibungen erhalten und auf Umgebungsinformationen wie Verkehr, Dienstleistungen oder Geländeveränderungen zugreifen. Diese Funktionen erfordern eine planetarische Infrastruktur, die es auf dem Mond einfach nicht gibt.
