Künstliche Augen für Altair
Ein neues Navigationssystem soll dank LIDAR-Technologie und schneller Algorithmen zur Gefahrenerkennung die nächste Landung auf dem Mond ganz sicher machen. Mit ihm könnten Astronauten sogar auf der Nachtseite landen.
- Anne-Marie Corley
Als die Apollo-Astronauten vor 40 Jahren der Mondoberfläche entgegen rasten, mussten sie aus den Fenstern der „Eagle“ schauen, um einen sicheren Landeplatz auszumachen. „Die Landeeinheit hatte noch keine Augen“, sagt Eldon Hall, ehemaliger Ingenieur des Charles Stark Draper Laboratory, der damals die Steuerelektronik des Bordcomputers mit entwarf. Bei der künftigen Mondlandefähre Altair soll das anders werden. Draper entwickelt für sie ein Leit- und Navigationssystem, das automatisch auch riskante Stellen wie kleine Krater, Felsen oder Steilhänge erkennen soll.
Die hätten Apollo 11 durchaus zum Verhängnis werden können. „Das war damals ganz schön knapp“, meint Tye Brader, bei Draper für die Mondlandetechnik verantwortlich. „Schon Krater von ein oder zwei Metern Durchmesser können tödlich sein, weil man sie bis zur letzten Minute nicht erkennen kann.“ Neil Armstrong musste über ein Geröllfeld navigieren, das auf den zur Verfügung stehenden Mondaufnahmen nicht erkennbar gewesen war. Und die Landefähre der Apollo-14-Crew kam mit einer gefährlichen Neigung zum Stehen, eine Stütze nur einen Meter von einem Krater entfernt.
So etwas soll dank des neuen Leitsystems nicht passieren können, falls wie geplant die erste Altair-Fähre 2020 auf dem Mond aufsetzt. Sie ist Teil des Constellation-Programms der NASA, das vom Johnson Space Center gemanaget wird. Am Jet Propulsion Laboratory sind bereits die Sensoren und Vermessungsalgorithmen getestet worden. Das gesamte System soll erstmals im Mai 2010 einem Test unterzogen werden und 2012 fertig sein.
Selbst die derzeit besten Bild-auflösenden Systeme – etwa die Kameras an Bord der jetzigen Mondsatelliten – seien nicht gut genug, um kleinere Löcher oder Felsen an den geplanten Landestellen zu erfassen. Nicht einmal auf gut ausgeleuchteten glatten Flächen – und die hat die NASA gar nicht auf ihrer Liste. Altair soll aber in der Lage sein, überall sicher zu landen. „Deshalb brauchen wir eine Gefahrenerkennung in Echtzeit“, sagt Tye Brady von Draper.
Klappen soll das dank der so genannten LIDAR-Technologie, dem Gegenstück zum Radar für den Bereich sichtbaren Lichts: Statt Radiowellen werden Laserpulse ausgesandt. Die Rohdaten des LIDAR werden mit Hilfe von Algorithmen, die am Jet Propulsion Laboratory (JPL) entwickelt wurden, zu einer dreidimensionalen Karte der Mondoberfläche verarbeitet. LIDAR sei die einzige Sensortechnik, die die Gestalt von Objekten aus großer Höhe und mit hoher Auflösung in drei Dimensionen vermessen könne, sagt Andrew Johnson, der am JPL die Entwicklung des Gefahrenerkennungssystems leitet. Anhand der so ermittelten topographischen Karte soll das System rechtzeitig drei bis vier geeignete Landestellen vorschlagen, damit der Crew genug Zeit bleibt, dorthin zu steuern.
Um als sicher eingestuft zu werden, muss eine Landestelle verschiedene Kriterien erfüllen: der Neigungswinkel des Bodens darf nicht zu stark, die Entfernung und der damit verbundene Treibstoffverbrauch dürfen nicht zu hoch sein; die Stützen der Fähre müssen sicher stehen, und die Crew muss immer noch genug Entscheidungsspielraum haben, sollte wider Erwarten doch noch ein Problem auftauchen. Sollten die Astronauten aus irgendeinem Grund nicht in Lage sein, selbst zu entscheiden, steuert das System automatisch die erste der favorisierten Landestellen an.
Die Möglichkeit einer automatischen Landung wurde auch deshalb entwickelt, um Robotermissionen zur Mondoberfläche schicken zu können (die Apollo-Fähre „Eagle“ verfügte ebenfalls über einen Autopiloten, der aber nie genutzt wurde). Das System könnte auch in anderen Landefähren, etwa auf dem Mars oder auf erdnahen Asteroiden, eingesetzt werden sowie privaten Raumfahrtunternehmen, die vielleicht eines Tages Touristen zum Mond bringen wollen, zur Verfügung stehen.
Ein weiterer Vorteil der LIDAR-Technologie ist laut Johnson, dass sie bei beliebigen Lichtverhältnissen funktioniere. Die Apollo-Missionen mussten auch deshalb in der Nähe des Mondäquators landen, weil es dort während des gesamten „Mondtages“ – der 14 Erdtagen entspricht – sehr hell ist. Der Nachteil war, dass die NASA im Monat nur einen einzigen geeigneten Zeitpunkt zum Landen hatte.
In den Polregionen, die wegen der dort entdeckten Wassereisvorkommen von künftigen Missionen angesteuert werden sollen, hätten die Astronauten deutlich weniger Licht, um sicher zu landen. Dank des LIDAR könne man aber sogar bei Nacht oder in abgeschatteten Regionen aufsetzen, sagt Johnson. Dadurch gebe es für die NASA keine Beschränkungen mehr bei den Landezeitpunkten.
Die technische Schwierigkeit eines Landesystems bestehe darin, dass alles – Gefahrenerkennung, Auswahl der Landestelle, Manöver und Touchdown – innerhalb von 120 Sekunden erfolgen müsse, sagt Tye Brady. Sein Team bei Draper hat hierfür einen Flugsimulator entwickelt, in dem bereits 20 Astronauten virtuell gelandet sind. „Sie gehen das ganz behutsam an und verlassen sich dabei auf das System.“ Ganz anders als in den Tagen von Apollo, als die Astronauten „das ganze Ding selbst fliegen wollten“, ergänzt Draper-Veteran Eldon Hall.
Den Plänen für eine permanente Mondbasis widmet sich ausführlich die Titelgeschichte der Print-Ausgabe 08/2009 von Technology Review, "Was Siedler erwartet". Das Heft kann hier online portokostenfrei bestellt werden. (nbo)
