DLR – Deutsche Raumfahrtagentur – Tertiäres Explorationssystem

Ein dreifaches Schneemobil auf dem Ekstrom-Schelfeis

Was liegt unter der Oberfläche von Seen und Ozeanen, die vor langer Zeit von Eis bedeckt waren? Wie haben sich die dort gefangenen Mikroorganismen entwickelt und wie unterscheiden sie sich von anderen Lebensformen an der Oberfläche? Das System Techniques for Rapid Ice Breaking and Subglacial Lake Exploration (TRIPLE) soll bei der Beantwortung dieser Fragen helfen. Das System besteht aus drei Modulen – einer Schmelzsonde, einem kleinen Unterwasserfahrzeug und einem Roboter-Biolabor – die beim Einsatz in den eisigen Tiefen nahtlos zusammenarbeiten müssen. Derzeit arbeiten dreizehn Entwicklungsteams aus ganz Deutschland gemeinsam an der Entwicklung und dem Aufbau dieses Systems.

TRIPLE-IceCraft schmilzt im Ekström-Schelfeis in der Antarktis

Die Sonde schmilzt durch das Eis

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Im Projekt TRIPLE-IceCraft haben die GSI GmbH aus Aachen und die RWTH Aachen eine Schmelzsonde entwickelt, die sich durch eine mehr als 100 Meter dicke Eisschicht schmelzen kann. Die Sonde ist etwa vier Meter lang und hat einen Durchmesser von etwa 20 Zentimetern. TRIPLE-IceCraft bewegt sich mit mehreren Metern pro Stunde durch das Eis und bleibt durch ein in die Sonde integriertes Versorgungskabel jederzeit mit der Oberfläche verbunden.

Die Sonde verfügt an jedem Ende über einen Schmelzkopf und an den Seitenwänden über Plattenheizungen. Seine Funktionen werden durch Sensoren zur Messung von Druck, Geschwindigkeit und Temperatur überwacht und vom Servicesystem gesteuert. Der von der Sonde erzeugte Fusionskanal gefriert dahinter wieder. Dies ist beabsichtigt, um eine Kontamination des Gewässers unter dem Eis zu vermeiden, indem es direkt der Oberfläche ausgesetzt wird.

DREIFACHEs IceCraft-Design

Das Versorgungskabel muss in die Sonde integriert sein, damit diese auch dann beweglich bleibt, wenn sie im Eis eingefroren ist. Während des Auftauvorgangs wird es langsam von der Kabeltrommel abgewickelt. Wenn die Sonde an die Oberfläche zurückkehrt, zieht sie sich mithilfe des Kabels wieder nach oben.

Im Februar 2023 wurde TRIPLE-IceCraft in der Antarktis von einem Team aus Forschern und Ingenieuren getestet. An der Neumeyer-III-Station des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) schmolz die Sonde 25 Meter tief in das Ekström-Schelfeis. Es trug eine Nutzlast bestehend aus einer Kamera und einem Audio-Navigationssystem.

Kleiner Roboter und Unterwasserbiologielabor

Der erste vollständige Feldtest des TRIPLE-Systems auf einem antarktischen Schelfeis ist für 2026 geplant. Während des Tests wird die TRIPLE-IceCraft-Sonde in den darunter liegenden Ozean abtauchen, diesmal ausgestattet mit einem NanoAUV und einem Start- und Bergungssystem (LRS). ). ). Das nanoAUV wird vom LRS über einen Roboterarm mit „Soft Robotic“-Greifer ins Wasser geschleudert, mit dem das Fahrzeug am Ende der Mission auch wieder „aufgehoben“ werden soll.

Aufgrund der geringen Größe des nanoAUV erfordert es eine spezielle Sensor-, Steuerungs- und Befehlstechnologie, die in den kleinsten Raum passt. Ein Bordnavigationssystem mit künstlicher Intelligenz soll es dem Rover ermöglichen, interessante Orte zu identifizieren, dorthin zu reisen und völlig autonom Proben zu entnehmen. Auch das Bergungssystem muss speziell für den Umgang mit dem Tauchroboter entwickelt werden. Die an der Unterseite des Eises montierte Schmelzsonde dient als Basis für Unterwassereinsätze. Das nanoAUV kehrt nach der Probenahme zur Sonde zurück, um die erfassten Daten zu übertragen und seine Batterien aufzuladen.

Die Daten werden dann von der Einsatzbasis an die Oberfläche übertragen, wo sie sofort analysiert werden können. Nach der Wiederherstellung des Explorationssystems können mit dem nanoAUV entnommene Proben im AstroBioLab-Minilabor analysiert werden. Hier können die Fluoreszenz von Mikroorganismen, die Trübung und der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser bestimmt werden. Alle Analysen werden vor Ort durchgeführt, sodass keine Kontaminationsgefahr besteht.

Mit TRIPLE-IceCraft II ins Unbekannte

Nach dem ersten Feldtest ist der nächste Schritt für das dreifache Erkundungssystem für 2029 geplant. Dann wird sich die Optimal Melt Probe über mehrere Kilometer Eisdecke in der Dome-C-Region des antarktischen Plateaus schmelzen. Sein Ziel ist ein unterirdischer See, der seit fast einer Million Jahren von der Außenwelt abgeschottet ist. Zur Nutzlast der Sonde gehört neben nanoAUV und LRS auch AstroBioLab, mit dem Proben sofort analysiert werden können, während sie sich im See unterhalb der Eisoberfläche befinden.

Auf der Suche nach Leben im Weltraum

Unter Gletschern eingeschlossene Ozeane und Seen gibt es nicht nur auf der Erde. Missionen wie Cassini-Huygens und Hubble haben gezeigt, dass sich unter den eisigen Oberflächen entfernter Himmelskörper wie dem Saturnmond Enceladus und dem Jupitermond Europa riesige Wassermassen befinden. Soweit wir heute wissen, ist Wasser eine Voraussetzung für die Entstehung von Leben, weshalb diese Gebiete für die Suche nach außerirdischem Leben besonders interessant sind. Langfristiges Ziel des TRIPLE Exploration Systems ist es, im Projekt entwickelte Technologien und Komponenten für zukünftige Weltraummissionen verfügbar zu machen.

Interdisziplinäre Forschungskooperation in ganz Deutschland

Das TRIPLE-Projekt basiert auf einer Initiative der Deutschen Raumfahrtagentur am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. Die einzelnen Komponenten des Erkundungssystems werden von 13 Universitäten, Forschungseinrichtungen und Industriepartnern aus ganz Deutschland entwickelt und gebaut. Für die Entwicklung der TRIPLE-IceCraft II-Sonde ist die GSI GmbH aus Aachen verantwortlich. Die Bordcomputertechnik wird von der DSI Aerospace Technologie GmbH aus Bremen hergestellt. Weitere Mitwirkende des Projekts sind die in Berlin ansässige EvoLogics GmbH (nanoAUV und LRS), die GloMic GmbH (Probe Melting Head Radar Technology) und die in Rastedi ansässige TriOS Mess- und Datentechnik GmbH (AstroBioLab).