Das TRIPLE-Explorationssystem
Das TRIPLE-Explorationssystem (Technologies for Rapid Ice Penetration and subglacial Lake Exploration) soll dabei helfen, diese Fragen zu klären. Das System besteht aus drei verschiedenen Einheiten, die beim Einsatz in den eisigen Tiefen nahtlos zusammenspielen müssen: Einer Einschmelzsonde, einem Mini-Unterwasserfahrzeug und einem automatisierten biologischen Labor. Derzeit arbeiten 13 Entwickler-Teams aus ganz Deutschland zusammen, um das Gesamtsystem zu entwickeln und zu bauen.
TRIPLE-IceCraft schmilzt sich ins Ekström-Eisschelf der Antarktis
Mit TRIPLE-IceCraft haben die Firma GSI GmbH aus Aachen und die RWTH Aachen eine Schmelzsonde entwickelt, die sich ihren Weg durch eine mehr als hundert Meter dicke Eisschicht bahnen kann. Die Sonde ist rund vier Meter lang und besitzt einen Durchmesser von etwa 20 Zentimetern. TRIPLE-IceCraft bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von mehreren Metern pro Stunde durch das Eis und ist dabei die ganze Zeit über ein in die Sonde integriertes Versorgungskabel mit der Oberfläche verbunden.
Die Sonde verfügt über einen Schmelzkopf an jedem Ende, sowie Flächenheizungen für die Seitenwände. Ihre Funktionen werden durch Sensoren überwacht, die etwa Druck, Geschwindigkeit und Temperatur messen und von einem Servicesystem kontrolliert werden. Der von der Sonde erzeugte Schmelzkanal friert hinter dieser wieder zu. Dieser Effekt ist durchaus gewollt, um eine durch die Öffnung zur Oberfläche hervorgerufene Kontamination des unter dem Eis liegenden Gewässers zu vermeiden.
Damit die Sonde trotz des im Eis eingefrorenen Versorgungskabels mobil bleibt, muss dieses in die Sonde integriert werden. Während des Einschmelzvorgangs wickelt es sich langsam von einer Kabelspule ab. Beim Rückwärtsfahren zieht sich die Sonde am Kabel wieder hoch.
Im Februar 2023 wurde TRIPLE-IceCraft von einem Team aus Forschenden sowie Ingenieurinnen und Ingenieuren in der Antarktis getestet. Dort hat sich die Sonde 25 Meter tief durch das Ekström-Eisschelf an der Neumayer-Station III des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) geschmolzen. Dabei waren als Nutzlast eine Kamera sowie ein akustisches Navigationssystem mit an Bord.
Ein Tauchroboter und ein Biolabor im Miniaturformat
Im Jahr 2026 ist der erste Gesamtsystem-Feldtest auf dem antarktischen Eisschelf geplant. Dann soll die TRIPLE-IceCraft-Sonde bis in den darunter liegenden Ozean vordringen und dabei ein Miniatur-Unterwasserfahrzeug, das nanoAUV (Autonomous Underwater Vehicle), sowie das Bergungs- und Anlegesystem LRS (Launch and Recovery System) mit an Bord haben. Der Mini-Tauchroboter soll vom LRS mittels Greifarm und Soft-Robotic-Ansatz im Wasser ausgesetzt und nach der Mission bei Annäherung auch wieder "eingefangen" werden.
Aufgrund der geringen Größe des Unterwasserfahrzeugs müssen für das nanoAUV eine spezielle Sensorik, Regelungs- und Antriebstechnik entwickelt werden, die auf kleinstem Raum Platz findet. Ein eigenes Navigationssystem in Kombination mit künstlicher Intelligenz soll dem Fahrzeug erlauben, völlig autonom interessante Orte für eine Probenentnahme zu lokalisieren und selbsttätig anzusteuern. Auch das Bergungssystem muss speziell für den Tauchroboter entwickelt werden. Die an der Eisunterseite verankerte Einschmelzsonde fungiert im See als eine Basisstation, zu der das nanoAUV nach Probennahme zurückkehren, die gewonnenen Daten übertragen und seine Akkus mit Strom aufladen kann.
Von der Basisstation werden die Daten anschließend zur Oberfläche gesendet, wo sie direkt ausgewertet werden können. Nach Bergung des Explorationssystems werden die mit dem nanoAUV genommenen Proben dann in einem Miniatur-Labor, dem AstroBioLab, analysiert. Ermittelt werden etwa die Fluoreszenz von Mikroorganismen, sowie die Trübung und der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser. Die gesamten Analysen werden also direkt vor Ort vorgenommen, so dass die Gefahr einer Kontamination nicht besteht.
Mit TRIPLE-IceCraft II in unbekannte Welten vordringen
Der nächste Schritt für das TRIPLE-Explorationssystem ist für das Jahr 2029 geplant: Eine optimierte Einschmelzsonde soll sich dann ihren Weg durch eine mehrere Kilometer dicke Eisdecke in der Dome-C-Region in der Antarktis schmelzen. Ihr Ziel ist ein darunter liegender See, der seit etwa einer Million Jahren von der Außenwelt abgeschlossen ist. Als Nutzlasten beherbergt die Sonde dabei neben nanoAUV und LRS auch das AstroBioLab, so dass Proben dann bereits direkt im See und unter der Eisfläche analysiert werden können.
Auf der Suche nach Leben im Weltall
Nicht nur auf der Erde gibt es Ozeane und Seen, die unter Eismassen eingeschlossen sind. Missionen wie CASSINI/Huygens und Hubble haben gezeigt, dass sich unter den Eisoberflächen ferner Himmelskörper wie dem Saturn-Mond Enceladus oder dem Jupiter-Mond Europa ebenfalls gewaltige Wassermassen befinden. Nach unserer heutigen Kenntnis ist Wasser die Voraussetzung für die Entstehung von Leben, daher sind diese Regionen besonders interessant für die Suche nach extraterrestrischen Organismen. Langfristiges Ziel des TRIPLE-Explorationssystems ist es daher, die im Projekt entwickelten Technologien und Komponenten für zukünftige Weltraummissionen zur Verfügung zu stellen.
Interdisziplinäre Forschungszusammenarbeit in ganz Deutschland
Das TRIPLE-Projekt beruht auf einer Initiative der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR und wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. Die einzelnen Komponenten des Explorationssystems werden von 13 Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Industriepartnern aus ganz Deutschland entwickelt und gebaut. Die GSI GmbH aus Aachen ist verantwortlich für die Erstellung der TRIPLE-IceCraft-II-Sonde. Die On-Board-Computertechnik wird von der DSI Aerospace Technologie GmbH aus Bremen gefertigt. Weitere Projektbeteiligte sind die Berliner Unternehmen EvoLogics GmbH (nanoAUV, LRS) und die GloMic GmbH (Radartechnik für den Sondenschmelzkopf), sowie die TriOS Mess- und Datentechnik GmbH in Rastede (AstroBioLab).