Asterope

– ist der vierte Rover von STAR Dresden für die ERC – die European Rover Challenge.

Die Challenge

Die ERC ist ein internationaler Wettbewerb, welcher jährlich in Polen stattfindet. Bisher war der Austragungsort in Kielce auf dem Campus der „Politechnika Świętokrzyska w Kielcach“, was sich dieses Jahr allerdings ändern wird, da die Challenge in Krakau stattfinden wird.
Teams aus der ganzen Welt haben die Möglichkeit, ihren Rover in mehreren verschiedenen Aufgaben auf dem sogenannten Mars-Yard zu testen. Auf ca. 1500 m² wird jedes Jahr eine andere Region des Mars nachgebaut. Die Aufgaben sind dabei nicht aus der Luft gegriffen, sondern basieren auf internationalen Plänen für die Weltraumrobotik und die bodengebundene Exploration.
Die aktualisierten Regeln für 2024 werden erst noch veröffentlicht, aber wir haben uns schon mal an die Arbeit gemacht.

Die Aufgaben

Navigation Task

Hier muss der Rover vier vorgegebene Punkte möglichst autonom ansteuern. Dabei gibt es Abstufungen, bei denen man sich z.B. entscheiden kann, einige Punkte einzubüßen und dafür GNSS nutzen zu dürfen. Viele Rover nutzen Lidar oder ähnliche Sensoren, um die Umgebung zu erkennen und sich darin zu orientieren. Falls diese Sensoren komplett streiken sollten, kann ein Team auch mit Video Streams manuell fahren. Dafür gibt es allerdings auch die wenigsten Punkte.

Separat vom fahrenden Rover soll auch eine Drohne zwischen mehreren Punkten hin und her fliegen. Dabei darf sowohl eine handelsübliche off-the-shelf Drohne genutzt werden, als auch eine Eigenanfertigung. Auch hier gibt es die meisten Punkte für Autonomie, wofür man mit einer eigens gebauten Drohne natürlich mehr Möglichkeiten hat.

Science Task

Diese Aufgabe besteht aus drei Teilaufgaben. Der Zweck dieser Aufgabe ist es, die typischen wissenschaftlichen Aktivitäten des Rovers auf der Marsoberfläche nachzustellen.
Der erste Teil, der unmittelbar nach der „Landung“ auf der Oberfläche des Roten Planeten durchgeführt wird, ist die Erkundung der Umgebung. Dabei fährt man auf dem Mars-Yard und macht Fotos von auffälligen Objekten, die von den Veranstaltern verteilt wurden. Außerdem soll der Rover eine Brücke auf die andere Seite eines kleinen Grabens bauen und benutzen.
Dadurch erreicht er einen Bereich, wo zwei Bodenproben entnommen werden sollen. Die erste Probe ist von der Oberfläche, also Steine und Sand, die dann gewogen werden müssen. Als Zweites muss ca. 30 cm tief in den festen Sandboden gebohrt und ein der Bohrkern vorsichtig entnommen werden.

Maintenance Task

Während der robotische Arm für die vorherigen Aufgaben eher eine Nebenrolle gespielt hat, ist er hier unabdinglich. Auf dem sogenannten Maintenance Panel müssen Schalter in einer bestimmten Reihenfolge gedrückt, eine Steckdose geprüft und ein schweres Metallstück an der Seite befestigt werden. Um möglichst viele Punkte zu bekommen, sollte der Arm das selbständig, also autonom machen. Um das zu unterstützen, sind am Panel sogenannte ArUco Marker angebracht.

Probing Task

Über den Mars verteilt sind sogenannte Probes, die Sonden für Umweltmessungen darstellen sollen. Während dieser Aufgabe sollen fünf Teams gleichzeitig mit ihrem Rover jeweils drei Probes einsammeln. Die meisten Punkte bekommt das Team, welches als Erstes mit allen Probes wieder am Startpunkt ist.

Presentation Task

Um eine Missionsanalyse nachzustellen, wird jedes Team einen Vortrag halten. Nach einer Vorstellung der Teammitglieder und des Rovers, sollen potenzielle Vermarktungsideen von verbauten Techniken im Rover vorgestellt werden.
Zum Schluss gibt es eine Diskussionsrunde mit den Organisatoren der ERC.

Was bisher geschah

Nachdem zwei Mitglieder 2019 als freiwillige Helfer bei der ERC vor Ort waren und sich den Wettbewerb und die Teams mit ihren Rovern anschauen konnten, ging die Entwicklung des ersten Marsrovers aus Dresden los. Viele Hürden mussten genommen werden, um ein vernünftiges Konzept auf die Beine zu stellen. Durch die Corona-Pandemie fand die ERC 2019 nicht statt, allerdings konnte sich das Team der STAR den Preis für die beste Dokumentation sichern. Ein Jahr später war ELECTRA dann fertig und es ging wieder nach Kielce.
Die Geschichte mit vielen plötzlichen Herausforderungen aber auch tollen Momenten kann in dem dazugehörigen Blog nachgelesen werden. Nach einigen spannenden Tagen war es dann offiziell – das Team der STAR Dresden hatte den 5. Platz in der Gesamtwertung aus über 50 Teams errungen!

Für das folgende Jahr sollte mit MEROPE ein völlig neuer Rover entstehen. Mit vielen lessons learned wurde ein sehr stabiler Rover gebaut, der auch im Regen gut funktioniert hat. Mit all diesen Verbesserungen landete das Team wieder auf dem 5. Platz, weil auch die Konkurrenz nicht geschlafen hat.
Auch hierzu gibt es einen Blog Beitrag, der die Ereignisse der Reise und eigentlichen Challenge nacherzählt.

Der nächste Rover TAYGETA sollte wieder ein neu gebauter Rover sein, auch wenn viele Designs stark von MEROPE inspiriert wurden.
Leider war TAYGETA geplagt von Problemen, wie einem fehleranfälligen Fahrsystem und sogar einem PCB, was in Flammen aufging. All das kratzte zwar an der Motivation, aber der Teamgeist ist stets stark geblieben.

Das Konzept

Die bisherigen drei Rover ELECTRA, MEROPE und TAYGETA waren jeweils eine komplette Neuanfertigung. ASTEROPE soll nun eher ein Upgrade für TAYGETA sein und möglichst viele Teile wiederverwenden. Als Ingenieure haben wir aber viel gelernt und der Drang zur Verbesserung führt dazu, dass jede Komponente genau unter die Lupe genommen wird, um das Maximum herauszukitzeln.

Bisher haben wir im Preliminary Design Review die groben Entwürfe zu allen Systemen wie Roboterarm, Elektronik und Software besprochen. Aktuell werden die Designs verfeinert und gehen anschließend nach dem Critical Design Review Ende Januar in die Fertigung. Danach steht die Assembly, Integration und Test-Phase an, bei der alles zusammengebaut, getestet und Probleme behoben werden.