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Nov 20, 2023

Hinter den Kulissen, wie die NASA ihren neuen Mondrover testet

Die Vor- und Nachteile des Fahrens mit einem Joystick, das Testen von GoPro-Feeds anstelle von Fenstern und wie es wirklich ist, zwei Tage lang in einem Prototyp eines Mondrovers zu campen. Astronauten und Forscher der NASA

Die Vor- und Nachteile des Fahrens mit einem Joystick, das Testen von GoPro-Feeds anstelle von Fenstern und wie es wirklich ist, zwei Tage lang in einem Prototyp eines Mondrovers zu campen.

Astronauten und Forscher der NASA und der Japan Aerospace Exploration Agency testeten im vergangenen Oktober im Rahmen des Desert Research and Technology Studies (RATS)-Programms der NASA einen unter Druck stehenden Mondrover in der Wüste von Arizona am Black Point Lava Flow in der Nähe des SP-Kraters.

Stellen Sie es sich wie einen Campingausflug mit dem Wohnmobil vor, aber ohne die Möglichkeit, einfach nach draußen zu gehen und die Natur zu genießen.

Besatzungen von jeweils zwei Astronauten lebten und arbeiteten abwechselnd etwa 48 Stunden lang außerhalb des Rovers, während simulierte Mondspaziergänge die einzige Gelegenheit waren, bei der sie sich nach draußen wagen konnten. Der Schwerpunkt lag auf der Sammlung von Daten über die Anforderungen des zukünftigen Rovers an Design, Fahrmodi, Kabinenkonfiguration und vieles mehr.

Marc Reagan, langjähriger Missionsdirektor und Aquanaut der NASA, weiß, was es braucht, um Missionen in extremen Umgebungen zu leiten – von den Tiefen des Ozeans der Erde bis zur Mondoberfläche. Reagan fungiert derzeit als Missionsmanager für das Desert RATS-Programm und überwacht unter anderem die Tests des Rovers. Er erzählt Popular Mechanics, dass diese jüngste Mission wertvolle Daten lieferte, um den zukünftigen Bau des unter Druck stehenden Mondrovers, der für die Artemis VII-Mission 2030 geplant ist, weiter zu definieren.

Reagan sagt, dass die Vorarbeiten zur Unterstützung der Tests im Oktober Monate in Anspruch genommen haben. Der Rover, der ein zukünftiges Artemis-Design nachahmte, wurde vor über einem Jahrzehnt für das Constellation-Programm hergestellt. Die Arbeit vor der Mission im Oktober umfasste, dass Reagan den gesamten Plan für die Ziele der Tests zusammenstellte, die Besatzung schulte, das Personal des Mission Control Centers in Houston schulte, sicherstellte, dass alle Einrichtungen angeschlossen waren, und dann eine Neuplanung durchführte, wenn etwas nicht so lief sie hofften.

„Wir verwendeten ein Modell eines unter Druck stehenden Rovers“, sagt Reagan. Die Artemis-Mission hat auch Pläne für einen drucklosen Rover, wie er zuvor bei Apollo-Missionen verwendet wurde, wo Astronauten Tagesausflüge in Raumanzügen unternehmen konnten. Ein unter Druck stehender Rover würde es den Astronauten jedoch ermöglichen, bis zu 30 Tage entfernt von ihrem Hauptlebensraum, der Mondbasis, zu leben.

„[Ein unter Druck stehender Rover] ermöglicht es Ihnen, aufzuwachen, Kaffee und Frühstück zu sich zu nehmen, loszufahren und an den richtigen oder verlockendsten Ort zu gelangen, um dann Ihren Mondspaziergang zu machen und wissenschaftliche Proben praktisch auszuprobieren“, sagt Reagan. „Dadurch kann man weiter reisen.“

Während bei der Mission im Oktober kein echtes Druckfahrzeug zum Einsatz kam, taten die Astronauten so, als ob es so wäre, um Betriebskonzepte und Logistik kennenzulernen, erklärt Reagan. Die Astronautenmannschaften begannen jede Mission am Nachmittag des ersten Tages und verbrachten etwa 48 Stunden im Rover, mit Ausnahme simulierter Mondspaziergänge, und verließen den Rover am dritten Tag gegen Mittag.

„Wir haben den Rover mit Vorräten für zwei Wochen beladen“, sagt Reagan. „Alle Lebensmittel, Kleidung, Trainingsgeräte, all die Dinge, die den Rover voll machen würden, wenn er ausfällt.“

Die Mission umfasste die Betrachtung der logistischen Herausforderungen beim Aufbau eines Kleinserienfahrzeugs und das Ermitteln der richtigen Lösungen. Das Team konzentrierte sich insbesondere auf die Erforschung der Fahralgorithmen, des Fahrwerks und der Bewohnbarkeit des Innenraums.

Das Design des Mondrovers stammt von einer früheren Mission, sodass das Cabana-ähnliche Design auf der Rückseite alt ist und ursprünglich als schützender Transportbereich für Raumanzüge konzipiert war. Auch die Modellmaterialien sind nicht weltraumgeeignet – die Astronauten brauchten sogar eine Plane, um zu verhindern, dass der Rover bei Regen ausläuft. Aber die Dimensionierung des Rovers sollte volumetrisch genau sein und Platz für Stauraum, eine Kombüse, eine Toilette und ein Trainingsgerät bieten.

„Es ähnelt stark dem Wohnmobil-Camping“, sagt Reagan. „Sie aßen größtenteils Campingessen.“

Doch ohne luftdichtes Fach wurde es im Rover nachts kalt. Und damit sich alles auf die Mission konzentrierte, durften die Astronauten nicht nach draußen, außer bei simulierten Mondspaziergängen. „Sie konnten nicht einfach rauskommen und frische Luft schnappen“, sagt Reagan. „Dabei kommen sie nicht in den Genuss der Natur, man steckt da drin fest. Nachts kann man Sterne sehen, aber man hat nicht die Möglichkeit, rauszugehen und die frische Luft zu schnuppern, ein bisschen was vom Camping-Erlebnis fehlt.“

Es gab jedoch ein unerwartetes Plus. „Sie sagten, die Betten seien wirklich bequem und sie hätten dort gut geschlafen“, sagt Reagan. „Das sind keineswegs Luxusmatratzen.“

Der Modell-Rover war bündig mit den Fenstern, um eine visuelle Sicht auf das Fahren zu ermöglichen. Aber die richtigen Fenster, um in einem Druckbehälter richtig abzudichten, würden zusätzliches Gewicht bedeuten. „Eines der Dinge, die [die Forscher] interessierten, war, wie viel man sicher fahren kann, wenn man nur Kameras statt nur Fenster verwendet“, sagt Reagan. „Wenn man die Fenster ganz weglassen und stattdessen ein paar GoPros wegwerfen könnte, könnte man viel Gewicht einsparen.“

Allerdings erwies sich das Fahren nur mit Video und Innenmonitoren als schwierig. „Wenn Sie sich für eine Kameralösung entscheiden, müssen Sie viel besser abschneiden als mit fest installierten Kameras und Monitoren und den Bediener bitten, nur über Monitore herauszufinden, was da draußen vor sich geht. Eines der Dinge, die mir aufgefallen sind, ist, wie schwierig es ist, mit nur festen Kameras und Monitoren zu fahren, wie schwierig es ist, mit diesem kleinen Einblick zu sehen, was man sehen möchte, und zu tun, was man tun möchte.“

Dann kommen die Fahrfähigkeiten. Der Prototyp verfügte über Räder mit vollständiger 90-Grad-Lenkung wie bei einem Hundegang. Auch das bringt Komplexität in der Konstruktion mit sich. Im Gelände der Wüste von Arizona wurde die Fähigkeit des Rovers getestet, seine Räder zu nutzen, um sich vollständig seitwärts zu drehen und auf der Stelle eine Pirouette zu drehen, um den Fahrern dabei zu helfen, aus möglicherweise brenzligen Situationen herauszukommen. Sie testeten auch eine traditionellere 18-Grad-Lenkung, ähnlich der in einem Nutzfahrzeug, um zu sehen, ob diese für einen zukünftigen Rover ausreicht.

Die NASA kennt sich mit Joysticks aus. Reagan scherzt, dass sie einen Rabatt darauf bekommen, weil sie sie so oft nutzen. Die NASA verfügt über Joysticks für Raumfahrzeuge, Roboterarme und Shuttles. Als dieser Rover vor über einem Jahrzehnt entworfen wurde, verfügte er über einen Joystick. Aber das machte es auch ziemlich schwierig, nach links oder rechts zu gieren und dann nicht zu rollen.

„Die Räder drehen sich hart, es ruckelt und ist nicht sehr gleichmäßig“, sagt Reagan. „Der Joystick ist für einige Dinge intuitiv, aber für den Rover ist er möglicherweise nicht die richtige Lösung.“ Die NASA geht davon aus, dass ein Joch-Lenkrad – wahrscheinlich mit Bedienelementen an den Griffen – Teil des drucklosen Modells sein wird, und Reagan sagt, dass es auch den Ausgangspunkt für die erste Iteration der Fahrsteuerungen für das druckbeaufschlagte Design bieten wird.

Laut Reagan besteht ein Hauptziel eines unter Druck stehenden Rovers darin, die wissenschaftlichen Fähigkeiten zu verbessern – es Astronauten zu ermöglichen, an mehr Orte zu gelangen. Die tatsächliche Verwendung des Rovers hat jedoch einige praktische Überlegungen. Er sagt, dass die Lichter am Rover eine Baustelle ausleuchten können, dass der Rover schweres Werkzeug tragen kann, dass der Rover dem Team folgen oder es führen kann und dass er in Kratern Hilfe leisten kann. Um jedoch eine Verbindung zum Mission Control Center herzustellen, muss eine Sichtverbindung zur Erde bestehen.

„Ist es sinnvoller, zusätzliche Lichter in einem Krater anzubringen oder auf dem Bergrücken zu bleiben, wo MCC beteiligt bleiben und helfen kann? Die Komplexität dieser Kompromisse ist mir sofort klar geworden“, sagt Reagan. „Es gibt viele Kompromisse hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und Komplexität, wie man den Rover am effektivsten nutzt.“

Tim Newcomb ist ein im pazifischen Nordwesten ansässiger Journalist. Er behandelt Stadien, Turnschuhe, Ausrüstung, Infrastruktur und mehr für eine Vielzahl von Publikationen, darunter Popular Mechanics. Zu seinen Lieblingsinterviews gehörten Treffen mit Roger Federer in der Schweiz, Kobe Bryant in Los Angeles und Tinker Hatfield in Portland.

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