Unter mars-ähnlichen Bedingungen getestet: Algorithmus zur Drohnen-Navigation

Im Februar 2018 fand im Oman die analoge Mission „AMADEE-18“ statt. Dabei wurde unter anderem ein Algorithmus getestet, mit dem kleine Helikopter zukünftig fremde Planeten erkunden können. Die Navigationstechnologie erlaubt es der Drohne, ihre genaue Position einzuschätzen, ohne dass Systeme wie GPS zur Verfügung stehen. Die Ergebnisse der Analog-Mission wurden nun in einem Heft der Zeitschrift „Astrobiology“ veröffentlicht.

Es sind besonders die Klippen, Krater und Flußbetten, die für die Weltraumforschung interessant sind. An diesen Stellen vermutet man auf fremden Planeten Hinweise auf die Existenz von Wasser zu früheren Zeiten. Gleichzeitig ist es aber für die bisher eingesetzten Fahrzeuge schwierig, dorthin zu gelangen. Der Einsatz von kleinen Helikoptern könnte neue Möglichkeiten eröffnen: Sie könnten unwegsames Gelände abfliegen und Bilder davon aufnehmen.

Da auf fremden Planeten keine Ortungstechnologie wie GPS vorhanden ist, muss der Helikopter allerdings mit den eigenen, an Bord installierten Mitteln navigieren. Das Team um Stephan Weiss (Institut für Intelligente Systemtechnologien http://sst.aau.at/cns) hat hierfür einen Algorithmus entwickelt, der es den Drohnen ermöglicht, die eigene Position kamerabasiert einzuschätzen und entsprechende Pfade zu fliegen. Diese Technologie ist bei der derzeit laufenden Mars-Mission der NASA an Bord und wird voraussichtlich im Frühjahr 2021 zum Einsatz kommen.

Schon im Jahr 2018 nahm das Team, koordiniert von Eren Allak (Doktorand in Weiss‘ Gruppe), an der analogen Mars-Mission AMADEE-18 in der Wüste Omans teil. Dort konnte der Algorithmus unter mars-ähnlichen Bedingungen erprobt werden. Die Ergebnisse dieser Tests sind nun in einer Publikation von Eren Allak, Christian Brommer, Diego Dällenbach und Stephan Weiss veröffentlicht.

Da die Drohnenkamera die Funktion von sich orientierenden Augen übernimmt, ist die Textur des Bodens sowie des gesamten Geländes entscheidend, wenn es darum geht, sicher zu starten, zu fliegen und zu landen. Auch die Tageszeit und damit die Lichtverhältnisse sind bedeutsam. Eren Allak fasst zusammen: „Wir konnten zeigen, dass Sandwüsten während der Mittagsstunden nicht für die Lokalisierung geeignet sind, weil die Schattenwürfe dann besonders ungünstig sind. In den Morgen- oder Abendstunden mit dem zunehmend schräg einfallenden Licht funktioniert die Zustandsschätzung aber gut.“ Insgesamt sind es Stellen mit (kleinen) Steinen, die sich am besten als Start- und Landepunkte eignen.

Eren Allak, Christian Brommer, Diego Dallenbach & Stephan Weiss (2020). AMADEE-18: Vision-Based Unmanned Aerial Vehicle Navigation for Analog Mars Mission (AVI-NAV), published online 12 Nov 2020: https://doi.org/10.1089/ast.2019.2036.

AMADEE-18 wurde vom Österreichischen Weltraumforum (https://oewf.org/portfolio/amadee-18/) im Februar 2018 im Oman organisiert. Insgesamt wurden 19 Experimente von Forschungsteams aus 25 Nationen unter mars-ähnlichen Bedingungen durchgeführt. Die nächste Analogmission AMADEE-2020 (https://oewf.org/portfolio/amadee-20/) wird in Israel im Oktober 2021 stattfinden.