Wie man Asteroidenlandungen sicherer macht

Eine sichere Landung auf einem Asteroiden ist keine leichte Aufgabe. Trotz mehrerer Erfolge in jüngster Zeit gab es auch bemerkenswerte Misserfolge – am bekanntesten ist der Philae-Lander auf 67P/Churyumov-Gerasimenko. Zugegebenermaßen handelte es sich dabei eher um den Versuch, auf einem Kometen als auf einem Asteroiden zu landen, aber diese beiden Körper weisen viele der gleichen Landegefahren auf.

Eines der häufigsten Probleme ist die „inhomogene“ Schwerkraft. Forscher des Harbin Institute of Technology in China bieten kürzlich eine Lösung an veröffentlicht ein Papier in Luft- und Raumfahrtwissenschaft und -technologie Darin wird ein Rahmen für die Durchführung „sanfter Landungen“ auf Asteroiden detailliert beschrieben, der dazu beitragen könnte, die Erkundung dieser felsigen Welten viel zugänglicher zu machen.

Zunächst wäre es hilfreich, den Unterschied zwischen einer „harten“ Landung auf einem Asteroiden und einer „weichen“ Landung zu verstehen. Bei einer harten Landung landet das Raumschiff entweder in einem kontrollierten oder unkontrollierten Sinkflug mit einiger Wucht auf der Oberfläche des Asteroiden. Typischerweise führt dies zu einem gewissen Schaden sowohl am Asteroiden als auch möglicherweise sogar am Lander selbst. Bisher waren alle erfolgreichen Asteroidenlandungen „hart“, obwohl einige so etwas wie einen Enterhaken enthielten, der es ihnen ermöglichte, sich an der felsigen Oberfläche zu befestigen und abzusenken.

Im Gegensatz dazu würde eine „sanfte“ Landung dazu führen, dass eine Sonde langsam auf die Oberfläche des Asteroiden absinkt, dort mit wenig bis gar keinem Aufprall landet und wenig bis gar keine Störungen in der Umgebung verursacht. Auf Asteroiden ist dies im Hinblick auf Treibstoff relativ kostengünstig, da die Schwerkraft und damit die Kraft, die zum Schweben über ihnen erforderlich ist, auf diesen Welten verschwindend gering sind. Allerdings kann selbst diese geringe Schwerkraft die Landung erschweren.

Das liegt daran, dass die Schwerkraft aufgrund verschiedener physikalischer Eigenschaften der Asteroiden, wie etwa ihrer Form, der Dichte oder Materialzusammensetzung verschiedener Teile des Asteroiden und seiner Rotationsgeschwindigkeit, dramatisch variiert. Der Versuch, einen Algorithmus zu entwickeln, der all diese Daten erfolgreich als Eingabe nutzen und eine vernünftige Routine für eine sanfte Landebahn berechnen kann, blieb bisher außerhalb der Reichweite unserer Roboter-Abgesandten in diesen Miniaturwelten.

Wenyu Feng und ihre Co-Autoren glauben, dass sie dafür einen Rahmen entwickelt haben. Der erste Teil ihrer Arbeit beschreibt frühere Methoden zum Verständnis der „inhomogenen“ Schwerkraft auf potenziellen Zielasteroiden, wie etwa die Modellierung des Asteroiden als Polyeder und die Zuweisung einer anderen Gravitationskonstante zu jeder Fläche des Polyeders.

Auch wenn das nach einer eleganten Lösung klingt, ist sie sowohl energieintensiv als auch zeitaufwändig, was die Verwendung eines solchen Algorithmus für Anpassungen während des Flugs gelinde gesagt zu einer Herausforderung macht. Andere Modelle leiden unter ähnlichen Fehlern, einschließlich Schwierigkeiten bei der Modellierung der Gravitationsfelder nahe der Oberfläche des Asteroiden oder der Notwendigkeit detaillierter Vorkenntnisse über die Masse des Asteroiden, um eine genaue Flugbahn zu berechnen.

In der Arbeit schlagen die Forscher eine Alternative vor, die eine Reihe von Fortschritten in der künstlichen Intelligenz nutzt, um das Gravitationsfeld auf der Grundlage von Daten, die bei verschiedenen Asteroiden-Erkundungsmissionen gesammelt wurden, genau zu modellieren und diese zur Modellierung wahrscheinlicher Gravitationsfelder auf einem neuen Zielasteroiden zu verwenden – und das alles während des Betriebs die auf der Sonde selbst verfügbare Rechenleistung.

Bisher war ihre Arbeit nur theoretisch – sie haben weder ihr Modell noch einige der zugrunde liegenden Daten in einer realen Umgebung getestet. Aber wie das Papier schnell betont, ist diese Arbeit eine von Dutzenden, die auf dem Gebiet der Asteroidenforschung auftauchen. Diese Missionserfolge bei der „harten Landung“ haben offensichtlich einen neuen General der Asteroidenforscher inspiriert.

Dieses neue datengesteuerte Framework für die Interaktion mit ihnen wird hoffentlich zu erfolgreicheren Interaktionen zwischen Robotern und Asteroiden führen. Es könnte eines Tages zur ersten sanften Landung auf einer der unzähligen kleinen Welten unseres Sonnensystems führen.