Warum bleiben Rover stecken? Wir haben bisher falsch getestet

Warum bleiben Rover auf dem Mars eigentlich stecken? Das Bild vom versunkenen Rad im roten Sand kennt jeder, doch die Ursache liegt tiefer als gedacht. Forscher zeigen: Wir haben falsch getestet. Denn unter fremder Gravitation verhält sich auch der Boden anders.

Rad im Sand? Wichtige Faktoren einfach nicht mitgedacht

Ein paar Zentimeter zu weit, ein falscher Ruck - und Millionen Dollar bleiben im Staub stecken. 2009 wurde der NASA-Rover Spirit endgültig von der Marsoberfläche verschluckt, festgefahren im feinen Gestein. Was als kleiner Fahrfehler begann, wurde zum Sinnbild eines Problems, das bis heute anhält: Selbst modernste Weltraumfahrzeuge kämpfen mit der Herausforderung, dass sich Sand und Staub unter veränderter Schwerkraft anders verhalten.

Lange galt es als Standard: Wer einen Rover für den Mond oder Mars testet, nimmt einfach eine kleinere Version. Reduzierte Masse für geringere Gravitation - so lautete das simple Rezept, das Generationen von Testfahrten durch irdische Sandlandschaften prägte. Doch genau darin liegt laut einer neuen Studie der Denkfehler. Denn nicht nur der Rover wiegt weniger auf dem Mond und Mars - auch der Untergrund wird dort durch die geringere Schwerkraft weniger stark zusammengepresst.


Diesen Effekt hat ein Team um Maschinenbauprofessor Dan Negrut an der University of Wisconsin-Madison nun detailliert untersucht. Die Forscher zeigen, dass die Gravitation auf der Erde nicht nur das Testfahrzeug belastet, sondern zugleich den Untergrund stabilisiert - und so ein trügerisches Bild von der tatsächlichen Traktion auf dem Mond oder Mars entsteht.

Das Problem wurde nicht auf der Teststrecke erkannt, sondern im Rahmen eines NASA-Projekts zur Vorbereitung der VIPER-Mission. Negruts Team simulierte das Fahrverhalten des geplanten Mondrovers mithilfe der Simulationsplattform Project Chrono, die an der UW-Madison gemeinsam mit Forschern aus Italien entwickelt wurde. Dabei zeigten sich auffällige Abweichungen zwischen den bisherigen Tests und den Simulationen unter realistischen Mondbedingungen. Das Chrono-System erlaubt extrem präzise physikalische Modellierungen - nicht nur für Weltraumtechnik, sondern auch für Anwendungen wie Offroad-Fahrzeuge der U.S. Army oder sogar mechanische Uhren. Für Raumfahrtanwendungen liefert es eine neue Klasse von Erkenntnissen: Wie verformt sich Sand unter reduzierter Gravitation? Wie stark sinkt ein Rad ein, wenn der Boden nachgibt?

Laut Negrut ist genau diese Perspektive entscheidend, um künftige Fahrzeuge robuster zu machen. Mit dem neuen Werkzeug wird es möglich, die Wirkung der Schwerkraft auf das Fahrzeug als auch auf den Untergrund systematisch mitzudenken.

Großes Team, bessere Rover

Die Ergebnisse des Teams wurden im Journal of Field Robotics veröffentlicht. Mitautoren stammen neben UW-Madison unter anderem von der NASA, dem MIT, der Shanghai Jiao Tong University und der Firma ProtoInnovations.

Ihre Arbeit macht deutlich: Der Schlüssel zu verlässlicher Rovertechnik liegt nicht nur in Hardware und Sensorik - sondern in einem besseren physikalischen Verständnis für lockeren Untergrund unter extraterrestrischen Bedingungen. Das Open-Source-Simulationssystem Project Chrono ist öffentlich zugänglich - inklusive der Tools zur Modellierung von Gravitationseffekten in Böden.


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