W.3. Extraterrestrische Fahrzeuge

W.3.2. Rover und andere Erkundungsmodule

Landfahrzeuge, die für den Einsatz auf anderen Himmelskörpern konzipiert wurden, werden heute häufig unter dem Namen "Rover" zusammengefasst. Dieser Begriff umfasst sowohl ferngesteuerte als auch für selbst steuernde Passagiere vorgesehene Fahrzeuge. Neben der rollenden Fortbewegung existieren eine Menge anderer Konzepte von einem Ort zum anderen zu gelangen. Diese eignen sich auch für den Einsatz auf anderen Himmelkörpern, wie die folgenden Abschnitte zeigen.

a) Geometrische Dimensionen und Stromversorgung

Die meisten dieser Vehikel sind vergleichsweise klein, wenn man sie etwa mit gängigen Automobilen auf der Erde vergleicht, müssen sie doch möglichst günstig und platzsparend als Nutzlast in einer Rakete oder einer Raumkapsel Platz finden. Als Energiequelle für ihren Betrieb auf dem Mond oder einem Planeten wurde und wird überwiegend das Sonnenlicht genutzt, das über photovoltaische Elemente den nötigen Strom liefert (Mars Rover, Lunochod). An einem Rover und anderen Erkundungsmodulen sind zu diesem Zweck Sonnensegel oder - nach anderen Konzepten - beispielsweise auf der Verkleidung verteilte Solarzellen angebracht.

Das Lunar Roving Vehicle der bemannten Apollomissionen 15 bis 17 fällt hier aus dem Rahmen, wurde es doch mit Silber-Zink-Batterien angetrieben und hatte für die Astronauten die gewohnten Dimensionen eines damals zeitgemäßen Geländewagens. Welche wesentlichen Komponenten dieses Fahrzeug aufwies, das für Ausflüge auf der Mondoberfläche von insgesamt knapp 100 Kilometern gedacht war, ist der Figur LRV zu entnehmen.

b) Überblick über Fortbewegungsmittel und weitere Peripheriegeräte

Bei der Konzeption und Konstruktion von mobilen Sensorplattformen, die auf anderen Himmelskörpern Messungen und Erkundungsfahrten durchführen sollen, steht die Bionik und die Robotik gleichzeitig Pate. Es werden die verschiedensten Fortbewegungsstile umgesetzt und zwar mit Rädern (US 437 255 S), als Raupenfahrzeug (US 2008 0 277 172 A1), als Stelzenläufer wie eine Spinne (US 6 068 073 A) oder als "Teleskopfeder-Ball" (WO 2006 / 073 548 A2), um nur einige zu nennen.

In den folgenden Abschnitten werden einige der obigen Beispiele etwas genauer unter die Lupe genommen.

c) Fortbewegung auf Rädern

Es liegt zwar nahe, sich auf einem Untergrund mit Hilfe eines Wagens, der mit Rädern bestückt ist, fortzubewegen, jedoch ist der Erfolg sehr stark von der zu überwindenden Topographie abhängig. Die Dimensionen der Räder und ihrer Lagerung im Vergleich zur Nutzlast und/oder zur Verfügung stehenden Stromversorgung des Fahrzeugs sowie zur Rauhigkeit einer Planetenoberfläche sind entscheidende Größen für die Praxistauglichkeit.

Die Figur MAR zeigt den Mars Rover aus US 437 255 S. Obwohl dies lediglich ein Design-Patent ist, kann man aus dieser technischen Zeichnung wesentliche Komponenten der flexiblen Radaufhängung, der Profilierung der Reifen und des Orientierungsmoduls in Form einer am Bug angebrachten Kamera ausmachen. Die schuhschachtelartige Struktur mit einer Sonnenkollektorfläche darüber und einem geknickten Antennenaufsatz geben Zeugnis vom elektronischen Innenleben und der Kommunikationseinheit des Rovers. Bemerkenswert ist, dass dieses Fahrzeug keine durchgehenden Radachsen aufweist, die auf sehr steinigem Gelände zum Blockieren der Bewegung des Rovers führen könnten. Vielmehr sind alle Räder einer Seite über eine Hebelkonstruktion miteinander verbunden.

d) Laufen wie eine Spinne

Die Fortbewegungsweise des in US 6 068 073 A (Figur STL) vorgestellten, ferngesteuerten Erkundungsmoduls ist von der Spinnenwelt inspiriert. Die acht auf den ersten Blick etwas ungelenk wirkenden Stelzen (1) mit Gummifuß (9) simulieren den Spinnengang jedoch recht effektiv. Die Plattform ist mit einer Vielzahl von Sensoren bestückt, die zusammen mit einer Steuer- und Regeleinheit (21-24) für ein lagestabiles Fortkommen auch bei sehr ungünstigen Wegbedingungen sorgen. Aufgrund des vollkommen anderen Bewegungsprinzips werden derartige Roboter in der Regel nicht "Rover" genannt.

e) Springender Morgenstern?

Eine wirklich ungewöhnliche Variante der Fortbewegung erläutert WO 2006/073 548 A2 (Figur SPM). Dieses wie ein Seeigel oder ein mittelalterlicher Morgenstern anmutende Gebilde, bewegt sich rechnergesteuert mittels in seinen Hohlstelzen (120) befindlicher Aktuatoren. Diese Aktuatoren üben über gasbetriebene Kolben (144) und Sprungfedern (146), die jeweils auf den Fuß der Stelze wirken (142), der mit dem Untergrund in Kontakt steht, auf diesen eine Kraft aus. Werden mehrere solcher Aktuatoren zeitlich definiert hintereinander angesteuert, bewegt sich der "Morgenstern" in einer vorgesehenen Richtung. Durch die Federn ist es auch möglich, falls der "Morgenstern" einmal stecken bleiben sollte, mittels konkret angeregter Hüpfbewegungen eine Loslösung von einem Hindernis zu bewirken.

f) Schutzmaßnahmen für Rover und Peripheriegeräte

Um einen reibungslosen und wissenschaftlich wertvollen Betrieb einer mobilen Erkundungsplattform zu gewährleisten, sollten nach Möglichkeit auch Peripheriegeräte zum Einsatz kommen. Darunter sind etwa eine Andockstation, eine Garage, eine externe Energieversorgung, Greifarme zur Probennahme und Bohrgeräte zu verstehen. Wichtig ist vor allem auch der Schutz der mobilen Plattform vor ungünstigen Betriebsbedingungen.

Das Fahrzeug aus Figur DRA (US 6 068 073 A) zeichnet sich neben seinem flexiblen Chassis für die durchgehenden Radachsen der eieruhrförmigen Räder und einen Greifarm zur Beprobung des Geländes, durch eine stereographische Kamera im Mittelteil aus. Wirklich innovativ ist jedoch eine ausklappbare Hülle (2), die mittels Teleskopstangen (20) aufgespannt wird, um das Gefährt beispielsweise vor einem Sandsturm oder anderen Gefährdungen zu schützen. Diese sieht im entfalteten Zustand wie ein Kuppelzelt aus und überdacht das Fahrzeug komplett. Auf der Hülle ist auch ein flexibles Solarpanel zur Energiegewinnung angebracht, während der Rover geschützt ruht. Diese Panels können etwa eine Heizung antreiben, damit der Rover bei feindlichen Außentemperaturen auf Betriebstemperatur gehalten werden kann. Die Figur DRA zeigt lediglich eine erste Entfaltungsphase dieser Hülle.

Eine andere Möglichkeit den Rover vor ungastlichen Umweltbedingungen während seines Einsatzes zu schützen, wird in der Figur DOS (aus US 7 434 355 B2) näher erläutert. Sie beruht auf der menschlichen Erfahrung, dass ein Auto - abgesehen vom Fahrstil - normalerweise länger störungsfrei läuft, wenn es eine Garage besitzt. Daher wird hier mit dem Rover (52) auch seine aufblasbare Garage (16) mit ins All geschossen und letztlich auf dem Untersuchungsobjekt ortsfest verankert. Zusätzlich zu den Solarzellen (30) auf ihrer Hülle, weist diese Garage auch noch eine Sensorik (20,22,24) auf, die die Lokalisierung und Führung des Rovers innerhalb und außerhalb derselben erlaubt, etwa um zur integrierten Ladestation (28) zu gelangen.

---

Zitiertes Patentdokument

Patentnummer	Jahr	Titel
FR 2 738 548 A1	1995	Procede de protection d'un vehicule planetaire
US 437 255 S	1996	Mars rover
US 6 068 073 A	1997	Transformable mobile robot
US 7 434 355 B2	2003	Inflatable docking station/garage for Mars rover
WO 2006 / 073 548 A2	2005	Robotic all terrain surveyor
US 2008 0 277 172 A1	2007	Hybrid mobile robot

Ergänzungsdokumente

Patentnummer	Jahr	Titel
US 3 381 778 A	1966	Energy absorbing device
US 4 932 491 A	1989	Body steered rover
JP 07 156 897 A	1995	Heat insulating device for moon investigating vehicle
JP 2000 198 497 A	2000	Space probe travel device
US 2007 0 028 468 A1	2006	Measurement Device

nach oben

© 2013 Deutsches Patent- und Markenamt | 22.02.2013