Förderprojekt TRIPLE-GNC

  nanoAUV schwimmt unter Wasser Urheberrecht: © Sebastian Meckel/MARUM

Entwicklung, Applizierung und Demonstration des Guidance, Navigation and Control, kurz GNC, Systems für ein autonomes Unterwasserfahrzeug für unter-Eis Anwendungen

01.06.2023

Steckbrief

Eckdaten

Laufzeit:
01.06.2023 bis 30.09.2026
Akronym:
TRIPLE-GNC
Gruppe:
Navigation
Fördergeber:
BMWK

Kontakt

Telefon

work
+49 241 80-28074

E-Mail

E-Mail
 

Motivation

Es ist die vielleicht spannendste Frage unseres menschlichen Daseins: Sind wir allein im Universum? Zwei der vielversprechendsten Kandidaten für mögliches Leben im Sonnensystem sind der Jupitermond Europa und der Saturnmond Enceladus. Beide Monde sind von einer massiven Eisschicht bedeckt, unter deren Oberfläche man riesige Ozeane aus flüssigem Wasser vermutet. Wasser als Grundvoraussetzung für Leben und weitere lebensfreundliche Bedingungen machen die beiden Eismonde für Raumfahrtorganisationen weltweit zu potenziellen Zielen für künftige Explorationsmissionen. Deshalb hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, kurz DLR, die Projektlinie „Technologies for Rapid Ice Penetration and subglacial Lake Exploration“, genannt TRIPLE, ins Leben gerufen.

  Logo TRIPLE Projekt Urheberrecht: © DLR  

Projektziele und Methoden

Ziel der TRIPLE-Projektlinie ist es, ein dreiteiliges Explorationssystem zur Durchführung wissenschaftlicher Beobachtungen in Gewässern unter Eis zu entwerfen und zu bauen und die damit verbundenen Funktionen im Rahmen einer Demonstrationsmission in der Antarktis in enger Zusammenarbeit mit Meeres- und Weltraumwissenschaftlern zu validieren. Das geplante System besteht aus einem vollautonomen Kleinst-Tauchroboter (nanoAUV), einer teilautonomen Einschmelzsonde (IceCraft), die sich in die Eisschicht einschmilzt und als Trägersystem des nanoAUV bis zur Eis-Wasser Grenzschicht fungiert und einem astrobiologischen Labor (AstroBioLab) zur Untersuchung von Flüssigkeits- und Sedimentproben.

Im Vorhaben TRIPLE-GNC sollen die Konzepte aus den vorherigen Vorhaben TRIPLE-nanoAUV 1 und TRIPLE-MoDo (Phase 1) in ein finales Design des nanoAUV sowie der hierfür erforderlichen Peripherie (Launch & Recovery System) überführt werden. Ziel des Teilvorhabens TRIPLE-GNC ist die Weiterentwicklung und Erprobung des „Guidance, Navigation and Control“ (GNC) Systems des nanoAUV. Besonderes Augenmerk wird auf die autonome Exploration und das Docking mit dem Launch & Recovery System (LRS) gelegt. In enger Kooperation mit den beantragten Projekten TRIPLE-nanoAUV 2 und TRIPLE-LifeDetect sollen nanoAUV, LRS und wissenschaftliche Sensorik zur Einsatzreife gebracht werden. Die entwickelte Software für das nanoAUV und das LRS soll auf den On-Board Rechner appliziert, in mehreren Tests validiert und anschließend in Feldtests unter Eis demonstriert werden. Als Demonstrationsszenario für TRIPLE-GNC ist der Einsatz unter dem antarktischen Schelfeis nahe der Neumayer III Station im Frühjahr 2026 geplant. Für die Demonstration soll das LRS mit der im Vorhaben TRIPLE-IceCraft entwickelte Schmelzsonde mechanisch und elektrisch gekoppelt werden. Nach Durschmelzen durch das Schelfeis soll das nanoAUV vom LRS abdocken und mehrere Explorationsmissionen unter dem Eis durchführen. Dabei sollen in Kooperation mit dem Alfred-Wegener-Institut (AWI) wissenschaftliche Daten der Eisunterkante und in der Wassersäule gesammelt sowie eine Technologiedemonstration für die nachfolgende Mission in der Dome-C Region der Antarktis durchgeführt werden.

 
 

Innovationen und Perspektiven

Gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz

Im Vorhaben werden Schlüsseltechnologien für Explorationssysteme von Gewässern unter Eis mit Blick auf die kontaminationsfreie Exploration der Eismonde entwickelt, die an die Grenzen der heutigen Technologien stoßen. Dies betrifft insbesondere die Formgebung, das Antriebskonzept, den Autonomiegrad, die Unterwassernavigation und die wissenschaftliche Nutzlast des nanoAUV. Die Konzepte sollen in angedachten terrestrischen Feldtests auf ihre Eignung für mögliche Raumfahrtmissionen zu den Eismonden untersucht werden. Das Gesamtsystem soll voraussichtlich final in der Dome-C-Region der Antarktis demonstriert werden und sich bei positiven Resultaten als mögliche Nutzlast für künftige Explorationsmissionen der NASA qualifizieren.

  Konzeptzeichnung der geplanten Demonstration des TRIPLE-Systems auf dem Ekström-Schelfeis an der Neumayer III Station. Urheberrecht: © Maximilian Nitsch/RWTH Aachen University  
Projektpartner
  • RWTH Aachen:
    IRT - Institut für Regelungstechnik
    Verbundführung, Systems Engineering, Missions- und Kampagnenplanung, Trajektorienplanung, Regelung, Navigationsfilter, Docking, CDHS

  • Uni Bremen:
    CNI - cognitive neuroinformatics
    Missionsablaufsteuerung, Pfadplanung , FDIR, Simulation und Softwareintegration

  • DFKI - Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz:
    RIC - Robotics Innovation Center
    Umgebungswahrnehmung, Kartierung, SLAM, Hydrodynamische Modellierung, Datenbank zur Aggregation wissenschaftlicher Daten, In-Situ Wassercharakterisierung

  • TU Braunschweig:
    IFF - Institut für Flugführung
    Inertial- und Magnetfeldsensorik, Fallback-Lagelösung, Voter-Algorithmus zur sicheren Navigation, HMI - Human-Machine Interface

 

Assoziierte Vorhaben

  • TRIPLE-nanoAUV 2
    Verbundführung: Universität Bremen, MARUM
  • TRIPLE-LifeDetect
    Verbundführung: Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung
  • TRIPLE-FRS 2
    Verbundführung: GloMic GmbH
  • TRIPLE-Icecraft
    Verbundführung: Gesellschaft für Systementwicklung und Instrumentierung mbH
  • TRIPLE-Icecraft 2 - in Vorbereitung
 

Externe Links