Die meisten Rover wurden für den Mars gebaut und jeder von ihnen ist eine komplexe Maschine, die speziell für bestimmte Ziele und Gelände konzipiert wurde. Aber der Mond ist anders als der Mars. Wir suchen dort nicht nach Leben; Wir versuchen, eine Präsenz aufzubauen.
In Anerkennung dieses Unterschieds entwickelt die ESA modulare Rover, die mit nur kleinen Modifikationen unterschiedliche Anforderungen erfüllen können.
Es heißt European Moon Rover System (EMRS) und sein Ziel ist es, „eine vielseitige Oberflächenmobilitätslösung für zukünftige Mondmissionen zu entwickeln“, heißt es in neu veröffentlichten Artikeln. Die Oberflächenmobilitätssysteme werden vier bevorstehende ESA-Missionen bedienen: Polar Explorer (PE), In-Situ Resource Utilization (ISRU), Astrophysics Lunar Observatory (ALO) und Lunar Geological Exploration Mission (LGEM).
Für jede der vier Missionen gelten spezifische Anforderungen, darunter die Platzierung wissenschaftlicher Instrumente am Südpol des Mondes, der Aushub und Transport von über 200 kg (440 lbs) Regolith, der Bau eines astrophysikalischen Observatoriums auf der anderen Seite des Mondes und die Erforschung der vulkanischen Geschichte des Mondes . Die ESA entwickelt einen Rover, der Modularität nutzt, um jedes Ziel zu erreichen, und nicht einen völlig anderen Rover.
„Um dies zu erreichen, wurde für die Gestaltung der Plattform im Hinblick auf Fortbewegung und Mobilität ein modularer Ansatz gewählt, der auch die Autonomie an Bord einschließt“, heißt es in dem Papier.
Die Modularität und ihr Ableger, die Redundanz, bieten offensichtliche Vorteile. Modulare Nutzlasten können für die jeweilige Mission vorteilhafter eingesetzt werden. Sie können bei Bedarf auch entfernt und hinzugefügt werden und sind weniger zeitaufwändig in der Bearbeitung und Entwicklung. Und wenn ein Rover aus irgendeinem Grund außer Betrieb ist, können die Nutzlasten je nach Priorität ausgetauscht werden.
Wenn es um Mobilität geht, werden die neuen Rover auf Adaptable Wheels for Exploration (AWE) setzen, die von Hellenic Technology of Robotics (HTR) entwickelt wurden. „Rover-Räder spielen eine entscheidende Rolle, insbesondere angesichts der schwierigen Mondoberflächenbedingungen und des Regoliths“, heißt es in dem Papier. Es gibt jede Menge losen Sand auf dem Mond und AWE wird für genügend Traktion sorgen. Die Räder haben Raupenketten auf Federn und eine feste Innennabe. Diese Räder sind bemerkenswert flexibel und robust genug, um den Anforderungen der Mission gerecht zu werden. Dazu gehört auch, dass sie aus Materialien gefertigt sind, die den heftigen Temperaturschwankungen auf der Mondoberfläche standhalten.
Die vier Räder des Rovers sind nur ein Teil des Mobilitätsdesigns. Ebenso wichtig ist das Lenksystem. Es gibt zwei mögliche Lenksystemkonstruktionen: Oben-Lenkung und Seitliche Lenkung. Die ESA hat sich für die seitliche Lenkung entschieden, teilweise weil diese besser mit dem oberen Nutzlastraumvolumen kompatibel ist.
Die seitliche Lenkung ermöglicht vier verschiedene Wendemodi: Kufenlenkung, Ackermann-Wende, Hundegangwende und Punktwende.
Das Federungssystem wird ein Hybrid aus passivem und aktivem System sein, mit einer Einzelradaufhängung für jedes Rad. „Die unabhängige, aktive Federung ermöglicht einen Radlaufmodus und in Verbindung mit der Einzelradlenkung sogar einen ‚Paddel‘-Modus“, heißt es in dem Papier. Der Paddelmodus bietet Schutz für den Fall, dass der Rover in sehr weichem Gelände stecken bleibt. Das Feststecken auf weichem Boden ist für herkömmliche passive Federungssysteme eines der anspruchsvollsten Szenarios.
Das Aufhängungsdesign ermöglicht auch die gespeicherte Konfiguration des Rovers während der Raumfahrt.
Für das Chassis des modularen Rovers schlägt das Designteam ein robustes und leichtes Design aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer (CFRP) vor. Das Chassis verfügt über vier separate Einschübe. Der Primärschacht ist allen Rovern gemeinsam und beherbergt die gemeinsamen Avionik-, Wärmekontrollsysteme und Leistungskomponenten. Außerdem wird es zwei seitliche Ladebuchten und eine obere Ladebucht geben, die alle unterschiedliche Nutzlasten aufnehmen können.
Der Rover wird über eine Bordsoftware (OBSW) verfügen, die es ihm ermöglicht, autonom zu fahren. Es wird in der Lage sein, verschiedene Hindernisse und Objekte zu erkennen und zu identifizieren und seinen Weg durch, um sie herum oder über sie hinweg zu bestimmen. „Es verfügt außerdem über Manipulationsfähigkeiten, die es ihm ermöglichen, ISRU-Aufgaben auszuführen, Werkzeuge zu manipulieren und wissenschaftliche Proben zu entnehmen“, heißt es in dem Papier. Die Zeit der Astronauten ist wertvoll, und je autonomer die Rover sein können, desto mehr Zeit haben die Astronauten für andere Aufgaben.
Das Papier weist darauf hin, dass sich die Rover-Modularität schon lange vor dem Einsatz eines Rovers auszahlt. „Der modulare Aufbau unseres Prototyps bietet einen einzigartigen Vorteil, da er es uns ermöglicht, die Fortbewegung und Software des Rovers zusammen mit einer Vielzahl wissenschaftlicher Nutzlasten zu bewerten“, heißt es darin. Das ist äußerst wertvoll, da die Nutzlasten aus Bohrern, Planierraupenblättern, Spektrometern und Kameras bestehen können.
Das modulare Rover-Design befindet sich noch in der Konzeptphase, es wurden jedoch Testmodelle gebaut und getestet.
„Es wurde eine Reihe strenger Hindernis- und Ausgrabungstests durchgeführt, die Licht auf die bemerkenswerten Fähigkeiten der EMRS-Systemkonfiguration werfen“, heißt es in dem Papier. „Diese Tests demonstrieren nicht nur die Fähigkeit des Rovers, sicher durch Mondgelände zu navigieren, sondern unterstreichen auch seine Kompetenz bei der Ausgrabung von Mondregolithen.“
Die ESA entwickelt einige ehrgeizige Pläne nicht nur für die Monderkundung, sondern auch für eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond. Rover werden das Arbeitstier für diese Aktivitäten sein, und der modulare Aufbau sollte den Rovern einen Vorteil verschaffen.
Wir werden es in ein paar Jahren erfahren, wenn die ESA auf dem Mond landet.
Mehr Informationen:
Cristina Luna et al., Modularität für die Monderkundung: Ergebnisse der Vorphase-A-Entwurfs- und Feldtestkampagne des europäischen Mondroversystems, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2311.03098