Anlässlich unseres 100-jährigen Bestehens präsentieren wir – elektrotechnik AUTOMATISIERUNG – die Pioniere der industriellen Automation. In einer exklusiven Berichtserie zeigen wir deren Errungenschaften. Mit den Wegbereitern der Automation lassen wir Technologien und Entwicklungen Revue passieren, betrachten die Gegenwart und wagen einen Blick in die Zukunft!

Autonome Drohnentechologie

Ein Hubschrauber auf dem Mars

| Redakteur: Bernhard Richter

Zugegeben: Optisch macht der Mars Helicopter Scout noch nicht viel her – aber die Technik hat es in sich. Nur mit den besten Komponenten, die die irdische Industrie zu bieten hat, kann die Drohne in der extremen Umwelt des Mars bestehen.
Zugegeben: Optisch macht der Mars Helicopter Scout noch nicht viel her – aber die Technik hat es in sich. Nur mit den besten Komponenten, die die irdische Industrie zu bieten hat, kann die Drohne in der extremen Umwelt des Mars bestehen. (Bild: NASA / CC0)

In zwei Jahren will die NASA wieder einen Rover zum Mars schicken. Mit dabei: ein autonom agierender Hubschrauber, der testen soll, ob die dünne Atmosphäre des Mars für Helikopter geeignet ist. Und sollte er fliegen können, hat er eine wichtige Aufgabe für zukünftige Mars-Missionen.

Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-Raumfahrtbehörde NASA will mit der nächsten Rover-Mission Mars 2020 einen Hubschrauber zu unserem Nachbarplaneten Mars schicken. Er soll im Februar 2021 zusammen mit dem Rover auf dem Mars landen und in den ersten 30 Missionstagen mehrere autonome Flüge unternehmen, die bis zu 90 Sekunden dauern können. Die NASA verspricht sich von dem Hubschrauber wegweisende Erkenntnisse für künftige Wissenschafts- und Entdeckungsreisen zum Mars. Sollte es möglich sein, in der dünnen Atmosphäre mit Drehflüglern zu operieren, könnte der Technologie-Demonstrator künftig als fliegendes Auge für Rover dienen, die Umgebung erkunden und den jeweils besten Weg ausfindig machen. Ein Erfolg des Hubschaubers wäre die Grundlage für wesentlich komplexere Drehflügelflugzeuge auf dem Mars.

Energieeffizient fürs Extreme

Damit die ungefähr handballgroße Drohne fliegt, braucht es eine enorme Ingenieursleistung. Denn die dünne Luft auf dem Mars ist etwa vergleichbar mit den Bedingungen, die auf der Erde in einer Höhe von 30 km herrschen. Der Hubschrauber muss deshalb besonders leicht sein (1,8 kg) und kann nur kleine Batterien tragen. Dies setzt voraus, dass die verwendeten Komponenten extrem energieeffizient sind. Aus diesem Grund sind im Hubschrauber Elektromotoren von Maxon verbaut. Die Komponenten aus der Schweiz haben sich bereits in vorherigen Mars-Missionen bewährt und kommen auch im Hubschrauber von JPL zum Einsatz. Sechs präzise Kleinmotoren der DCX-Reihe mit einem Durchmesser von 10 mm sollen für die Neigungskontrolle der Rotorblätter zuständig sein – sofern die Berechnungen für den Auftrieb der beiden gegenläufigen Rotoren stimmt und der Demonstrator dann abheben kann.

Das Hubschrauber-Antriebssystem wird von Aero Vironment entworfen und gebaut, einem Experten für den Bau von Kleinstfluggeräten. Nach einer einjährigen Entwicklungsphase ist die jetzt erfolgte NASA-Freigabe für das Hubschrauber-Projekt eine zusätzliche Motivationsspritze für die Antriebsspezialisten aus der Schweiz. „Erneut bei einem Mars-Pionierprojekt dabei zu sein, macht uns wahnsinnig stolz und glücklich“, freut sich Eugen Elmiger, CEO von Maxon Motor.

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Maxon ist aktuell in mehreren Mars-Projekten involviert: zum Beispiel im Exo-Mars-Rover der europäischen Weltraumbehörde ESA – mit mehr als 50 Antrieben, die unter anderem in den Rädern, dem Bohrkopf, der Analyseeinheit und dem Kameramasten stecken. Auch dieses Projekt startet 2020. Bedeutend früher – am 26.November 2018 – soll die die stationäre In-Sight-Einheit der NASA auf dem Mars landen, um die seismischen Aktivitäten und die Kerntemperatur des Planeten zu untersuchen. Ein Maxon-Elektromotor treibt dabei die Messsonde von In-Sight fast fünf Meter tief in den Marsboden.

Nächste Haltestelle: Mars

Der Technologie-Demonstrator bildet die Grundlage, auf der leistungsfähigere Hubschrauber für anspruchsvollere Missionen zu Planeten und Monden mit Atmosphäre entwickelt werden können. Die nächste Generation von Drehflüglern soll dann bis zu 15 kg schwer sein und wissenschaftliche Nutzlasten zwischen 0,5 und 1,5 kg tragen können. Diese Flugzeuge könnten dann eine direkte Verbindung zu einem Orbiter sein und mit einem auf der Oberfläche agierenden Fahrzeug oder Station weiterarbeiten. Zukünftige Hubschrauber könnten eingesetzt werden, um spezielle Regionen mit Oberflächen-Eis oder Sole zu erkunden, in denen es möglicherweise mikrobielles Leben gibt.

Aber nicht nur die Wissenschaftler der NASA können von solch einem fliegenden Auge profitieren – Die private Weltraumorganisation Space X plant für Mitte der 2020er eine erste bemannte Mission und in Folge eine ständig besetzte Marskolonie. Die dazu notwendige Raketentechnologie befindet sich bereits im Bau. Ein funktionierendes Drohnensystem könnte sich für die dort lebenden Menschen dann als überlebenswichtig herausstellen.

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