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Surface Exploration Android Remotely Controlled by Humans

Das Gesamtvorhaben bestand darin, einen funktionsfähigen Demonstrator eines kleinst- Explorationsrovers für eine lunare Mission zu entwickeln. Dieser soll sich durch eine leichte Bauweise effizient über unwegsame Oberflächen bewegen können. Das mechanische Design des Rovers wurde von der Walter Kern GmbH entwickelt und zur Integration an das DFKI Bremen geliefert. Am DFKI Bremen wurden die erforderlichen elektrischen Komponenten für das System ausgewählt, sowie ein smartes Powermanagement, bestehend aus Hard- und Softwarekomponenten entwickelt. Durch die Reduzierung der Komplexität war es ebenso Ziel des Vorhabens, die Systemkosten so gering zu halten, dass ein Ausfall im Rahmen einer Mission tolerierbar ist. Dafür wurden am DFKI verschiedene Speichertechnologien für das System untersucht.

Laufzeit: 01.08.2020 bis 31.01.2022
Zuwendungsempfänger: Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH
Fördergeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Förderkennzeichen: 50RA2041
Partner:

Walter Kern GmbH, Füssen

Anwendungsfelder: SAR- & Sicherheitsrobotik
Weltraumrobotik
Verwandte Projekte: TransTerrA
Semi-autonome kooperative Exploration planetarer Oberflächen mit Errichtung einer logistischen Kette sowie Betrachtung terrestrischer Anwendbarkeit einzelner Aspekte (05.2013- 12.2017)
SAMLER-KI
Semi-Autonomer Microrover für Lunare Exploration mit Künstlicher Intelligenz (11.2022- 10.2025)
Verwandte Robotersysteme: Coyote III
ASGUARD IV
Advanced Security Guard V4
Coyote III
MoVe
Moon Vehicle

Projektdetails

1. Verschiedene Designs der Rover bei state-of-the-art Systemen in Abhängigkeit vom Breitengrad des Landeplatzes auf der Mondoberfläche (Foto: Niklas Mulsow, DFKI)
2. Simulation des Modells auf der Mondoberfläche mit Thermica v4. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Regoliths und der statischen Modellierung sind am Boden starke Schatten des Systems zu erkennen (Foto: Niklas Mulsow, DFKI)
3. Leistungsbudget der Systemelektronik des Rovers (Foto: Niklas Mulsow, DFKI)
4. CAD des finalen Rovers MoVe (Foto: Niklas Mulsow, DFKI)
5. Blockdiagramm des gesamten elektrischen Systems des Rovers und seiner Komponenten. Die Haupteinheit ist das EPS, dass aus mehreren Modulen zur Gewinnung, Speicherung, Verteilung und Steuerung der Energie besteht. Darüber hinaus werden eine Nutzlast, bestehend aus einem Einplatinencomputer (SBC) und einer Kamera für Live-Videostreaming, sowie eine VCU über das EPS mit Strom versorgt. Parallel zur VCU verfügt der EPS-Master über eine eigene Telemetrieschnittstelle. (Foto: Benjamin Hülsen, DFKI)
6. Übersicht über die während des Projektes entwickelten elektrischen Module (Foto: Patrick Schöberl, DFKI)
7. EPS im montierten Zustand. Eine Seitenwand und die Abdeckung wurden zur Veranschaulichung entfernt. (Foto: Patrick Schöberl, DFKI)

Das Gesamtvorhaben bestand darin, einen funktionsfähigen Technologiedemonstrator eines kleinst- Explorationsrovers für eine lunare Mission zu entwickeln. Dieser soll sich durch eine leichte Bauweise effizient über unwegsame Oberflächen bewegen können. Das mechanische Design des Rovers wurde von der Walter Kern GmbH entwickelt und zur Integration an das DFKI Bremen geliefert. Am DFKI Bremen wurden die erforderlichen elektrischen Komponenten für das System ausgewählt, sowie ein smartes Powermanagement, bestehend aus Hard- und Softwarekomponenten entwickelt. Durch die Reduzierung der Komplexität war es ebenso Ziel des Vorhabens, die Systemkosten so gering zu halten, dass ein Ausfall im Rahmen einer Mission tolerierbar ist. Dafür wurden am DFKI verschiedene Speichertechnologien für das System untersucht.

Zur Umsetzung der Ziele wurde zunächst verschiedene Konzepte des Systemdesigns unterschiedlichster Rover analysiert. Diese sind stark abhängig vom anvisierten Breitengrad für die Landung des Systems auf dem Mond (Abb. 1). Für einen möglichst realistische und generische Auslegung unter Berücksichtigung eines passiven Thermal Control Systems (Abb. 2) wurde die Anordnung der Solarzellen auf dem Rover pyramidenförmig gewählt und das Powerbudget des Systemdesgins (Abb. 3) dahingehend angepasst. Abbildung 4 zeigt des CAD-Modell des fertigen Rovers MoVe (Moon Vehicle).

Der Hauptfokus am DFKI lag auf der Entwicklung des Electrical Power Systems (EPS) des Rovers. Hierfür wurde eine modulare Architektur entworfen, die es ermöglicht einzelnen Technologien für die Energiespeicher und Solarregler auszutauschen. Für die Module wurde auf COTS-Komponenten zurückgegriffen, was sich aufgrund der Chipkrise als Herausforderung darstellte. Abbildung 5 zeigt das Blockschaltbild des Rovers. Module für das OBC, VCU, Motor Controller und Payload, COM wurden als fertige Komponenten mit Weltraum äquivalenten Massen- und Leistungseigenschaften bezogen. Abbildung 6 zeigt den Umfang der entwickelten elektrischen Komponenten für das System welche über eine Backplane und eine Einschubsystem (Abb. 7) einfach und ohne zusätzliche Verkabelung integriert werden können.

Der Rover MoVe (Abb. 8) dient somit als System der Erprobung verschiedener Konfigurationen und Technologien des EPS für die zukünftige Exploration im Weltraum. Im Projekt SEARCH wurde vor allem die Verwendung von Superkondensatoren, welche im Vergleich zu chemischen Speichern wenig temperaturabhängig sind, untersucht. Diese Technologie kann in Zukunft dazu dienen Systeme mit geringerer Komplexität und hoher Robustheit zu entwickeln. Video 1 zeigt das System in einem vereinfachten Teststand zur Simulation der Sonneneinstrahlung und reduzierter Schwerkraft unter mondähnlichen Bedingungen.

Videos

SEARCH - Manufacturing Test for PCB Mounted Solar Cell Assemblies

SEARCH: MoVe im Testbett

Testen des Rovers unter mondähnlichen Bedingungen mit simuliertem Sonnenlicht und reduzierter Schwerkraft

Publikationen

2023

Modular EPS for small mobile Robotic Space Systems
Benjamin Hülsen, Patrick Schöberl, Niklas A. Mulsow
In 13th European Space Power Conference, (ESPC-2023), 02.10.-06.10.2023, Elche, ESA / IEEE, ESA-ESTEC, Keplerlaan 1 2201 AZ Noordwijk, The Netherlands, Oct/2023. ESA Conference Bureau.

2022

Towards Influences of the EPS on Lunar Rover's Systems Design
Niklas Alexander Mulsow, Benjamin Hülsen, Patrick Schöberl
In Proceedings of the 16th Symposium on Advanced Space Technologies in Robotics and Automation, (ASTRA-2022), 01.6.-02.6.2022, ESA-ESTEC, Noordwijk, ESA, Jun/2022. ESA.

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zuletzt geändert am 04.01.2024
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