Motivation
Die Ziele zukünftiger Explorationsmissionen umfassen die Erforschung lokaler Phänomene, Experimente zur Ressourcennutzung und den Aufbau von Basen auf verschiedenen Himmelskörpern, wie Mars, Mond und Asteroiden. Eine Voraussetzung für den Erfolg dieser Missionen ist die Fähigkeit einer autonomen, präzisen und sicheren Landung.
Eine vielversprechende Navigations-Technologie zur Realisierung von Landemissionen sind optische Systeme, da deren Messungen unabhängig von der Erde, also autonom und mit sehr geringer Verzögerung gemacht werden können. Durch die Kombination mit Daten von anderen Sensoren, z.B. Beschleunigungsmessern, können die Bilddaten für die autonome Bestimmung von Position und Lage des Landers verwendet werden. Dies ist eine notwendige Fähigkeit für die Durchführung einer autonomen und präzisen Landung. Die Bilddaten können außerdem zur Auswahl eines sicheren Landeplatzes verwendet werden.
ATON – Autonomous Terrain based Optical Navigation
Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen des Projekts ATON in der Abteilung Navigations- und Regelungssysteme in Zusammenarbeit mit anderen DLR Instituten ein neuartiges optisches Navigationssystem entwickelt. Dieses soll einem Landefahrzeug eine autonome, präzise und sichere Landung auf dem Mond ermöglichen. Das Navigationssystem wird aus einer Kamera und einem Stereo abbildenden optischen System (Stereo‑Kamera oder Lidar) bestehen. Die optischen Sensoren werden durch weitere on-board Sensorik, u.a. einem Beschleunigungsmessgerät und einem Drehgeschwindigkeitssensor ergänzt.
Der Hauptteil der Arbeiten umfasst die Entwicklung der Bildverarbeitungssoftware für die Auswertung der optischen Sensordaten und der Navigationssoftware. Die Navigationssoftware erstellt aus den Ergebnissen der Bildverarbeitung und den Daten der ergänzenden on‑board Sensoren eine Positions- und Lageschätzung.
Das Ergebnis des Projekts soll eine Demonstrationshardware sein, mit der das Navigationssystem bestehend aus der Bildverarbeitungssoftware, der Navigationssoftware und den optischen Sensoren im Testbed for Robotic Optical Navigation (TRON) getestet werden und die Funktion nachgewiesen werden kann.
Forschungsarbeiten für ATON in der Abteilung Navigations- und Regelungssysteme
Die Arbeiten in Bremen gliedern sich in drei Hauptteile:
1. Autonome Positionsermittlung
Das Entwicklungsziel ist eine autonome Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit von wenigen hundert Metern im Mondorbit und während des Landeanfluges. Die Position soll mit Hilfe von Bildern der Mondoberfläche bestimmt werden. Unser Ansatz dafür ist, die auf dem Mond vorhandenen Krater als Landmarken zu nutzen. In den nächsten Jahren sollen diese mit einer Genauigkeit von etwa 10 m katalogisiert sein. Der zu entwickelnde Sensor soll diesen Katalog verwenden und Konstellationen von Kratern zur Orientierung verwenden. Der geplante Arbeitsablauf des Sensors gliedert sich wie folgt:
2. Landeplatzbewertung
3. Labortests für die Demonstrationshardware
Nach der Entwicklung der Software muss das System unter möglichst realitätsnahen Umständen getestet werden. Dazu wird das Testbed for Robotic Optical Navigation (TRON) in unserem Institut aufgebaut. Die Laborumgebung soll die Generierung von Bildern der Mondoberfläche unter realistischen Beleuchtungsumständen ermöglichen. Zum Test werden die Navigationssensoren auf dem Roboter von TRON installiert und über verschiedene Geländemodelle bewegt, die abschnittsweise die Missionsphasen darstellen. Das Ziel ist ein Echtzeit-Test des Navigationssystems in repräsentativen Abschnitten aller Phasen des Landeanfluges.