Allerlei exotische Wesen sollen bald andere Himmelskörper erkunden – aber nicht aus Fleisch und Blut, sondern als Roboter einer neuen Generation.
Auf dem Mars tobt schon seit drei Monaten ein heftiger Sandsturm. Endlich läßt er nach, der orangefarbene Himmel verdunkelt sich, Sterne werden sichtbar. Plötzlich bewegt sich der kalte Wüstensand. Metall blitzt auf. Dann erscheint ein Körper von der Größe einer Vogelspinne. Ein zweiter arbeitet sich empor, ein dritter… Systematisch beginnen die Roboter Steine in ihrer Umgebung zu inspizieren. Größere Brocken werden markiert und von einem Raupenroboter mit Greifarm eingesammelt. Später kommt ein Raketenflugzeug, das die Bodenproben zur Erde bringt.
Noch ist das nur eine Vision der Raumfahrtplaner für das Jahr 2014 oder 2016. Von den 51 Sonden, die in den vergangenen vier Jahrzehnten auf Mond, Venus und Mars landeten, waren nur drei mobil: sowohl die beiden russischen Lunochod-Roboter, die Anfang der siebziger Jahre den Mond besuchten, als auch das amerikanische Mars-Fahrzeug Sojourner rollten auf Rädern über den felsigen Boden. Doch das ist keine optimale Fortbewegungsart auf einem Planeten, wo es weder Feldwege noch Autobahnen gibt. „ Besser wären Roboter mit Beinen”, meint Frank Kirchner von der Gesellschaft für Mathematik und Datenverarbeitung im nordrhein-westfälischen Sankt Augustin. Seit Ende April testet er am Ames Forschungszentrum der amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur NASA im kalifornischen Mountain View die achtbeinige Roboterspinne Scorpion. Mit rund 30 Zentimeter Länge ist sie nur halb so groß wie Sojourner.
Scorpion überwindet scheinbar mühelos Geröllfelder und Sanddünen. Kein Rad kann sich festfahren, denn der „Skorpion” krabbelt auf Beinen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff. Vier parallel arbeitende Prozessoren im Robotergehirn machen das künstliche Spinnentier nahezu unabhängig von der Fernsteuerung durch einen Menschen. Selbständigkeit von Robotern ist wichtig, denn deren Live-Steuerung auf anderen Planeten ist wegen der langen Laufzeit der Funksignale nicht möglich. Demnächst wird die Autonomie des kleinen Krabbelroboters in der kalifornischen Mojave-Wüste auf eine besonders harte Probe gestellt. Geplant ist ein mehrwöchiger „Spaziergang”. Durch Solarzellen angetrieben, soll Scorpion erstmals ohne menschliche Hilfe ein 40 Kilometer entferntes Ziel ansteuern und wieder zum Startpunkt zurückkehren. Wenn die Mission gelingt, wäre das ein gutes Argument, um ähnliche Roboterspinnen auf dem Mars einzusetzen, meint Kirchner. Gespräche mit der NASA über einen Test auf unserer Nachbarwelt gibt es bereits. Ein Szenario sieht vor, eine Gruppe solcher Spiderbots auf eine planetare Exkursion zu schicken. Mehrere künstliche Skorpione sollen als wagemutige Erkundungseinheiten unwegsames Gelände erkunden. Nach jedem Ausflug kehren sie zu einem größeren Mutter-Skorpion zurück, um gesammelte Bodenproben abzuliefern und neue Energie zu tanken.
Während der beiden nächsten Marsmissionen in den Jahren 2003 und 2007 werden zwar noch einmal drei Brüder und Schwestern von Sojourner zum Einsatz kommen. Doch danach könnten die Forschungsautomaten auf Beinen den rollenden Kisten den ersten Rang als mobile Landeeinheiten ablaufen.
Die Spiderbots sind allerdings nur eine von mehreren Alternativen. Aussichtsreiche Kandidaten für die Planetenforschung sind auch Roboterschlangen wie der rund 15 Kilogramm schwere und knapp zwei Meter langer „Lindwurm”, den Gavin Miller von der Firma Interval Research Corporation in Palo Alto und Gary Haith vom Ames-Forschungszentrum entwickelten. Anders als echte Schlangen, die durch rhythmische Bewegungen Tausender kleiner Schuppen auf der Hautunterseite über den Boden schlängeln, sorgen Dutzende von Miniaturrädern für das Vorankommen des Snakebots. Er kann über Felssteine kriechen, Sanddünen überwinden und Bodenspalten überbrücken. Von der Landesonde könnte er ohne zusätzliche Rampe auf die Planetenoberfläche kriechen. Flexibilität und Robustheit sind nach Ansicht von Gary Haith klare Vorteile der Snakebots bei der Erforschung fremder Welten. Die NASA erwägt einen Test auf dem Mars im Rahmen einer Scout-Mission im Jahr 2007 oder drei Jahre später. Möglich wären auch Einsätze auf dem Mond, einem Kleinplaneten und – in ferner Zukunft – auf den Eistrabanten der Riesenplaneten Jupiter und Saturn.
Sensoren auf der Haut der Roboterschlangen könnten beispielsweise die mineralogische Zusammensetzung des Bodens analysieren, seismische Messungen machen und nach Wasserspuren fahnden. Für meteorologische Untersuchungen sind sie dagegen nicht geschaffen.
Dafür eignen sich aber Ballons. Im Sommer 1984 schwebten zwei französisch-russische Montgolfieren erstmals in der dichten Atmosphäre der Venus. Mehr als zwei Tage lang trieben sie in rund 50 Kilometer Höhe über den heißen Boden und ermöglichten Messungen von Windgeschwindigkeit, Luftdruck, Temperatur und der Zusammensetzung der Dunstwolken. Beflügelt von diesem Erfolg plante das Forscherteam um Jacques Blamont von der französischen Raumfahrtagentur CNES den ersten Ballonstart in der viel dünneren Marsluft bereits für das Jahr 1994. Zu einem kleinen Paket geschnürt sollte eine russische Raumsonde den knapp acht Meter großen Ballon zum Nachbarplaneten bringen. Nach vielen Verzögerungen und dem Absturz der Mars-96-Raumsonde wurde das russisch-französische Marsballon-Programm aber schließlich auf Eis gelegt.
Auf eine Startfreigabe wartet auch die Mars Aerial Platform der NASA. In etwa zehn Jahren könnte der mit Helium gefüllte Polyester-Ballon über den Canyons und ausgetrockneten Flußläufen schweben. Aus rund fünf Kilometer Höhe soll er die chemische Zusammensetzung des Bodens und das schwache Magnetfeld messen. Mit den Kameras an Bord könnten die Forscher sogar einen Kinderschuh auf der Marsoberfläche finden. Im Vergleich dazu vermag der vor fünf Jahren gestartete US-Orbiter Mars Global Surveyor nicht einmal die drei Meter großen Viking-Sonden auf der Oberfläche des Roten Planeten auszumachen. Derzeit testet die NASA die Ballons, die wie ein großer Kürbis aussehen, in der irdischen Stratosphäre. In 32 Kilometer Höhe ist der Luftdruck vergleichbar mit dem auf Mars. Die Absicht ist, die Ballons von der Größe eines Fußballstadions mehr als hundert Tage mit den Marswinden treiben zu lassen.
Noch ehrgeiziger ist das Projekt eines steuerbaren, unbemannten Marsflugzeugs, an dem amerikanische Ingenieure des Ames-Forschungszentrums, der Firma Malin Space Science Systems in San Diego und des Naval Research Laboratory in Washington arbeiten. Kitty Hawk 2, so der Name des an die Gebrüder Orville und Wilbur Wright erinnernden Flugzeugs, soll ebenfalls in zehn Jahren seine Runden über dem 4000 Kilometer langen und bis zu sechs Kilometer tiefen Canyon Valles Marineris ziehen. Nach vorläufigen Plänen wird der knapp 50 Kilogramm schwere Mars Airborne Explorer zusammenfaltbare Flügel mit einer Spannweite von knapp zehn Metern und einen Propellerantrieb besitzen. Eine weiche Landung ist nicht vorgesehen. Der autonome Leichtgewichtflieger muß von der Raumsonde starten, die ihn zum Mars bringt. Sein Treibstoff soll für einen dreistündigen Flug reichen.
Flugzeuge wären auch geeignet, um die stürmischen Atmosphären der Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun zu erkunden. Noch ist freilich offen, welche Energie sie antreiben soll. Die bislang in der Raumfahrt üblichen Solarzellen sind fern der Sonne und unter Wolkenschichten von geringem Nutzen. Eine mögliche Alternative sind nukleare Raketenantriebe, wie sie James Powell von der Firma Plus Ultra Technologies in Shoereham, New York, vorschlägt. Powell hat bis vor vier Jahren an der Miniaturisierung von Kernreaktoren für U-Boote gearbeitet. Er hält einen Minireaktor von 100 Kilogramm in den nächsten Jahren für technisch realisierbar. Im Reaktor könnte Wasserstoff aus der Atmosphäre eines Gasplaneten auf mehrere tausend Grad erhitzt werden. „Wenn dieses Gas dann aus der Raketendüse strömt, treibt es das Raketenflugzeug voran”, so Powell. Das erste Jupiter-Airplane wird äußerlich vielleicht einem Rochen ähneln, der mit offenem Maul durch die Wolken des Gasplaneten fliegt. Doch bislang zeigt keine der zivilen Raumfahrtagenturen offiziell Interesse an Nuklearantrieben.
Für die Entwickler mobiler Planetensonden heißt deshalb die Devise: Energie sparen, wo es nur geht. Möglich wäre das mit einfachen Sprungrobotern, die russische Ingenieure vom Babakin-Forschungszentrum bei Moskau bereits 1996 zum Marsmond Phobos schickten. Die Roboter ähnelten Eiern mit vier batteriegetriebenen Sprungfedern. Zu ihrem Test kam es allerdings nicht, denn die beiden Mondhüpfer gelangten nicht an ihr Ziel. Jetzt erwägt die NASA, den Versuch auf einem Kleinplaneten zu wiederholen. „Sprünge sind eine effiziente Fortbewegungsart auf Himmelskörpern mit geringer Gravitation”, sagt Paolo Fiorini, ein Robotikexperte im Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena. Das wußten auch die Apollo-Astronauten, die es vorzogen, wie Känguruhs auf dem Mond herumzuspringen. Bei gleicher Kraftanstrengung konnten sie dort sechsmal weiter springen als auf der Erde. Auf einem Planetoiden hätten sie mit einem Satz sogar über ein ganzes Fußballfeld gelangen können.
Das größte Problem ist, nach dem Höhenflug sicher auf den Beinen zu landen. Roboterfrösche müssen ziemlich robust gebaut sein, um Landungen „kopfüber” auf unebenem Terrain zu überstehen. Für eine Detail-Kartierung der Umgebung wären sie sehr nützlich. Für Untersuchungen an speziell ausgewählten Steinen sind sie dagegen ungeeignet, denn zielgenaue Landungen gehören nicht zu ihren Stärken. Wahrscheinlich werden die Roboterhüpfer deshalb künftig im Team mit Roboterinsekten, -schlangen und anderen mobilen Automaten arbeiten. Ein Vorbild für Gruppenverhalten, das die Forscher den Robotern beibringen wollen, sind Ameisen. ANTS (Autonomous Nano Technology Swarm) heißt deshalb auch ein Technologie-Entwicklungsprogramm der NASA und des Artificial Intelligence Lab am Massachusetts Institute of Technology, das die Entwicklung autonomer Kleinraumsonden von weniger als einem Kilogramm vorsieht.
Etwa im Jahr 2020 könnten Tausende ANTS viele der mehrere hunderttausend Kleinplaneten im Sonnensystem erkunden, hofft der Planetoidenforscher Donald Yeomans vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena. Der Verlust einer oder mehrerer Sonden wäre leicht zu verschmerzen, weil andere für sie einspringen könnten. Noch ist allerdings das „Sozialverhalten” der Roboter-Gruppen sehr begrenzt. Einige Grundregeln aus dem Ameisenreich, wie bei der Futtersuche und bei Mitteilungen von Nahrungsquellen an Artgenossen, konnten die Forscher den technischen Systemen aber immerhin schon beibringen. Auch Roboter, die sich an unterschiedliche Umweltbedingungen im Sonnensystem anpassen, könnten bald Realität werden. So haben Hod Lipson und Jordan Pollack von der Brandeis Universität bei Boston, Massachusetts, die ersten „polymorphen Roboter” entwickelt, die sich fast von allein entwerfen und konstruieren. Vielleicht schon in 20 Jahren werden selbstreproduzierende Maschinen das Planetensystem erkunden und später die ersten Ansiedlungen für Menschen auf anderen Planeten bauen.
Kompakt Mehr Beweglichkeit und Autonomie auf Planeten und Planetoiden versprechen Robotersonden nach Vorbildern aus dem Tierreich. Mit ihren Sensoren lassen sich Bodenproben analysieren, seismische Messungen absolvieren und Wasservorkommen erkunden. Auch Ballone und Flugzeuge werden bald ferne Himmelskörper erforschen.
Bdw community Fernsehen In Kooperation mit bdw hat „nano”, das Zukunftsmagazin in 3Sat, einen Fernsehfilm über die Weltraumroboter produziert. Erstausstrahlung am Mittwoch, 27. Juni 2001, um 18.30 Uhr. Wiederholungstermine im Internet: www.3sat.de/nano
INTERNET Mars-Roboter http://telerobotics.jpl.nasa.gov
Schlangen-Roboter http://www.snakerobots.com/hires.htm
Uwe Seidenfaden
