Die Roboter sind auf sich allein gestellt

100 Kilometer tief, so schätzen Forscher, könnte der Ozean unter dem Eis sein. Zum Vergleich: Die tiefste Stelle unter einem irdischen Ozean ist der Marianengraben mit gerade mal knapp elf Kilometern. Auf dem Grund des Europa-Ozeans könnte es wie auch auf unseren Meeresböden Hydrothermalquellen, auch Schwarze Raucher genannt, geben.

An diesen Stellen sickert Wasser in Spalten in der Kruste, wird aufgeheizt und steigt wieder auf. Dabei löst es Schwefel und Metalle aus dem Gestein. Auf der Erde haben sich um solche Hydrothermalquellen komplexe Ökosysteme gebildet - mit Bakterien, die ihre Energie durch Chemosynthese, also ohne Licht, erzeugen, verschiedenen Krebsen, Würmern oder Seesternen. Gibt es auf Europa solche Formationen, könnte sich auch dort Leben gebildet haben.

Das AUV taucht zum Grund des Ozeans

Das zu erkunden, wird Aufgabe des AUV. Es soll auf den Grund hinabtauchen, Daten sammeln, Bilder machen und nach möglichem Leben suchen. Anschließend soll es zum Ice Shuttle zurückkehren, daran andocken und seine Daten übertragen. Das Ice Shuttle soll die Daten dann über mehrere Relaisstationen zur Erde funken.

Damit das AUV aus einer Tiefe von 100 Kilometern wieder zum Ice Shuttle zurückfindet, haben die DFKI-Forscher ein mehrteiliges Navigationssystem für das AUV entwickelt. Wenn es auf dem Meeresboden angekommen ist, orientiert es sich mit einem optischen System sowie per Koppelnavigation. Darin fließt die zurückgelegte Strecke ein, die per visueller Odometrie mit Kameras, die den Boden beobachten, Beschleunigungsmesser, Kompass sowie einem Ultraschall-Doppler-Profil-Strömungsmesser erfasst wird.

Die Kamera erkennt den Boden

Die Kameras sind zudem in der Lage, sehr feine Details am Boden zu erkennen, die für das menschliche Auge nicht unbedingt zu unterscheiden sind. Kommt das AUV auf dem Grund des Ozeans an einen Ort, an dem es schon einmal war, erkennt es den Boden dort wieder und kann sich orten.

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Es geht los: Der Lander hat auf Europa aufgesetzt, der Ice Shuttle bohrt sich in das Eis. (Grafik: Meltem Yilmazp/DFKI)

Im Wasser, bei der Anfahrt auf das Ice Shuttle, orientiert sich das AUV anhand von akustischen Signalen - dazu setzen die DFKI-Forscher die bewährten Unterwassernavigationssysteme Long Baseline (LBL) und Ultra Short Baseline (USBL) ein. Dazu ist der Tauchroboter an den Enden mit zwei Hydrophonen ausgestattet. Das Ice Shuttle und die Microglider senden akustische Signale aus, die zeitversetzt bei den Hydrophonen ankommen. Aus dem Phasenversatz errechnet der Bordcomputer dann Winkel und Abstand zur Schallquelle. Das AUV hat die Glider vorher alle besucht und kennt ihre Position, so dass es seine eigene Position mit Hilfe der Signallaufzeiten bestimmen kann.

Das Ice Shuttle sendet Signale

Für die Fernnavigation wird das Ice Shuttle zuständig sein: Es soll in größeren Abständen ein sehr starkes Signal senden, das das AUV am Grund empfangen kann. Für die weitere Annäherung an das Ice Shuttle sendet das AUV Signale aus, die das Ice Shuttle mit seinen drei Sende-Empfangshydrophonen empfängt. Es errechnet daraus Winkel und Abstand des AUV und sendet ihm diese Daten in Form eines akustischen Signals (Reverse-USBL).

Angedockt wird schließlich auf Sicht. Dazu ist das Ice Shuttle mit Markern ausgestattet. "Sobald das Fahrzeug einen Marker erkennt, weiß es, wo es sich relativ zu der Dockingschnittstelle befindet, kann sich dahin drehen und in diese Dockingschnittstelle hineinfahren", erklärt Hildebrandt. Über die Schnittstelle überträgt das UAV seine Daten an das Ice Shuttle zur Weiterleitung zur Erde. Zudem lädt es daran seinen Akku für die nächste Tauchfahrt.

Es fehlt eine Rakete für Europa

Ob und wann Ice Shuttle und AUV auf einem Eismond in unserem Sonnensystem zum Einsatz kommen, ist allerdings unklar. Es dürfte aber kaum vor Mitte des Jahrhunderts sein. Schon allein deshalb, weil derzeit keine Trägerrakete zur Verfügung steht, die eine Nutzlast von dieser Größe und diesem Gewicht - zu Ice Shuttle und AUV kommt ja noch der Lander hinzu - so weit ins Sonnensystem transportieren kann.

Aber selbst wenn es mit dem Einsatz im Weltraum nichts wird: Auf der Erde gibt es einige gute Einsatzszenarien für Eurex.