GMV unternimmt auf Fuerteventura Feldtest mit neuer ESA-Software: Riesensprung bei der Rovergeschwindigkeit

Der Technologiekonzern GMV hat am 8. Oktober in Lajares, einem Ort in der Gemeinde La Oliva auf Fuerteventura, eine Testreihe für ein bordgestütztes Autonomie-Framework abgeschlossen. Es beinhaltet ein ausgereiftes GNC-System (Guidance, Navigation and Control) namens FASTNAV und ein neues, Ki-gestütztes Teilsystem zur Wahrnehmung namens HAWKEYE, das mithilfe bordgestützter Inferenz gefährliche Hindernisse und Geländebedingungen erkennen kann.

Elf Tage lang hat das Unternehmen dabei das GNC-System als Teil von NOMAD, zum Einsatz gebracht und validiert, welches Mondfahrzeugen dabei hilft, sich anhand von Informationen verschiedener Sensoren über unterschiedliche Entfernungen hinweg schnell und sicher auf dem Mond zu bewegen.

Während der Kampagne führte GMV ein Missionsszenarien angelehnte Tests durch, darunter die Erkundung von Kratern sowie Fahrten unter schlechten Sichtverhältnissen, bei denen die dauerhaft im Schatten liegenden Regionen simuliert wurden.

Die Maßnahme wird durch das Allgemeine Support-Technologie-Programm (General Support Technology Programme, GSTP)  der ESA kofinanziert und von der britischen Weltraumagentur (UKSA) unterstützt.  Die als „Technology Development Element“ (TDE) der ESA begonnene und anschließend im Rahmen der GSTP-Strategie zur Risikominderung zur Reife gebrachte Technologie ist so von einer Innovation im Frühstadium zu einer  validierten autonomen Navigationsfähigkeit vorangeschritten, die schnellere und sinnvollere Monderkundungsmissionen ermöglichen wird.

Die Erforschung des Mondes steht erneut ganz oben auf der Agenda der Raumfahrt. Von besonderem Interesse sind aufgrund möglicher Vorkommen von Wasser und anderer flüchtiger Stoffen sowie ihrer extremen Bedingungen die Polarregionen des Mondes: In einigen dauerhaft im Schatten liegenden Gebieten können die Temperaturen bis zu 30 K (etwa -243 °C) erreichen, und der Mangel an Licht erschwert die Navigation. Regolith und Bodenschätze, darunter Metalle und große seltene Erden, könnten ebenfalls für künftige Missionen von Nutzen sein.

Die „Technologievision 2040“ der ESA erkennt Technologie als Ausgangspunkt für alle Aktivitäten der ESA an und legt Pläne für die Etablierung einer dauerhaften robotergestützten und bemannten Präsenz jenseits der Erde dar, die durch hochautonome Rover und Robotersysteme ermöglicht wird, welche unter Nutzung vor Ort verfügbarer Ressourcen Erkundungen und Arbeiten durchführen können. Technologien zur Unterstützung von Rovern und Landern (und letztendlich einer menschlichen Präsenz auf der Mondoberfläche) zu entwickeln, ist für die Raumfahrtindustrie und die ESA zu einer Priorität geworden. Das GSTP trägt dazu bei, diese kritischen  Technologien zu entwickeln und zur Reife zu führen, um die Wettbewerbsfähigkeit Europas zu stärken, damit die richtigen Technologien zum richtigen Zeitpunkt mit dem richtigen Reifegrad verfügbar sind, wenn sie benötigt werden.

Der neueste Teil des Projekts FASTNAV umfasst HAWKEYE, das das Navigationssystem um Funktionen der künstlichen Intelligenz erweitert. Zusammen mit ANIME (ent         wickelt im Rahmen des „Navigation Innovation and Support Program“ der ESA), bilden diese drei Module bilden NOMAD, ein modulares autonomes Navigationssystem, mit dem Mondfahrzeuge sich anhand von Informationen verschiedener Sensoren über unterschiedliche Entfernungen hinweg schnell und sicher auf dem Mond fortbewegen können. Implementiert werden diese Module in der Umgebung TASTE (The ASSERT Set of Tools for Engineering).

„Diese Errungenschaft unterstreicht die Bedeutung des Beitrags Großbritanniens zur europäischen Weltraumforschung und zeigt, wie Investitionen in fortschrittliche Robotik dazu beitragen, die für künftige Mondmissionen erforderlichen Technologien zur Reife zu führen. „Durch Programme wie das GSTP der ESA treiben wir die Entwicklung innovativer Lösungen voran, die leistungsfähigere, widerstandsfähigere und autonomere Erkundungssysteme ermöglichen“, erklärte Juan Bevan, Geschäftsleiter FSR bei der britischen Tochtergesellschaft von GMV.

Das System zielt darauf ab, eine der Einschränkungen der Planetenforschung zu überwinden: die Notwendigkeit, das Fahrzeug anzuhalten, um Hindernisse zu beurteilen und über das weitere Vorgehen zu entscheiden. Mit NOMAD kann der Rover ohne anzuhalten auf Hindernisse reagieren und seine Route anpassen. Ziel ist dabei, die Wahrnehmung, Lokalisierung, Planung und Steuerung bei schlechten und wechselhaften Sichtverhältnissen zu verbessern. Um dies zu erreichen, wird das System Techniken der Bildverarbeitung und künstlichen Intelligenz mit der Erkennung und Umgehung von Hindernissen, der Routenplanung und -neuplanung in Echtzeit sowie der autonomen Fahrzeugsteuerung verknüpfen.

„Zukünftige Mondmissionen erfordern, dass Rover sicher und effizient in Umgebungen operieren können, in denen Kommunikationsverzögerungen, eingeschränkte Sichtverhältnisse und schwieriges Gelände eine direkte menschliche Überwachung erschweren.“ NOMAD zeigt auf, wie fortschrittliche Autonomie Rover dazu befähigt, ihre Umgebung kontinuierlich zu erfassen, Gefahren auszuweichen und ihre Route in Echtzeit anzupassen, wodurch der wissenschaftliche Ertrag maximiert und gleichzeitig betriebliche Einschränkungen verringert werden. „Diese Kampagne ist ein wichtiger Schritt hin zur nächsten Generation schneller und leistungsfähiger autonomer Systeme, die die nachhaltige Erforschung des Mondes und darüber hinaus unterstützen werden“, erklärte Steven Kay, technischer Leiter für fortschrittliche Robotikkonzepte bei GMV.

Nach dem Erfolg von RAPID integriert NOMAD nun FASTNAV und HAWKEYE (die ebenfalls im Rahmen dieser GSTP-Aktivität entwickelt wurden, bei denen jedoch die KI innerhalb des Software-Frameworks entwickelt wird).

Die auf Fuerteventura abgeschlossene Testkampagne stellt einen weiteren Fortschritt bei der Entwicklung und Validierung autonomer Navigationstechnologien für die Mondforschung dar. Mit NOMAD setzt GMV die Entwicklung fortschrittlicher Robotiklösungen fort, die auf die Ziele der ESA abgestimmt sind und Rovern helfen, sich in komplexem Gelände mit schlechter Sicht mit größerer Autonomie und Sicherheit fortzubewegen.