Entwicklung der elektronischen Steuerung für die autonomen Schmelzsonden des akustischen Ortungsnetzwerks im EnEx-RANGE-Projekt

Weinstock, Lars Steffen; Wiebusch, Christopher (Thesis advisor); Abel, Dirk (Thesis advisor)

Aachen (2019) [Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (vi, 153 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Kurzfassung

Der Saturnmond Enceladus ist ein interessanter Kandidat für die Suche nach extraterrestrischem Leben: Unter der dicken Eisschicht des Mondes befindet sich ein globaler Salzwasserozean, der mikrobiologisches Leben beherbergen könnte. Um die Technologieentwicklung für eine Raumfahrtmission zum Enceladus voranzutreiben, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt die Enceladus Explorer Initiative gestartet. Ziel der Raumfahrtmission ist es, auf der Oberfläche des Mondes zu landen und mit einer manövrierbaren Schmelzsonde in seinen Eispanzer einzudringen. Die Sonde soll eine wasserführende, oberflächennahe Spalte ansteuern, eine Flüssigkeitsprobe nehmen und diese auf mikrobiologisches Leben untersuchen. Eine solche Sonde, der IceMole, wurde für ein terrestrisches Testszenario im Rahmen des EnEx-Verbundvorhabens entwickelt und in der Antarktis erfolgreich eingesetzt. Um das akustische Positionierungssystem des IceMole zu verbessern, wurden im Nachfolgeprojekt EnEx-RANGE autonome, akustisch instrumentierte Schmelzsonden entwickelt, die die akustischen Oberflächenemitter des EnEx-Verbundvorhabens ersetzen. Diese Sonden, die sog. APUs, können sich mit dem IceMole in die Tiefe einschmelzen und bilden ein robustes Referenzsystem, in dem alle APUs und der IceMole durch Laufzeitmessungen lokalisiert werden. Darüber hinaus sammelt dieses akustische Ortungsnetzwerk Informationen über das instrumentierte Eisvolumen wie die Position von Hindernissen oder Gletscherspalten. Im Projekt EnEx-RANGE wurden an der RWTH Aachen 13 APUs entwickelt, gefertigt und in mehreren Gletschertests erfolgreich eingesetzt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die elektronische Steuerung für die APUs entwickelt. Die Systeme dieser Steuerung ermöglichen es einer APU, den Zustand im Inneren der Sonde wie z.B. Temperatur und Innendruck zu erfassen, sich mit einer Gesamtleistung von 2,4 kW einzuschmelzen sowie leistungsstarke akustische Signale durch Eis zu senden: Die maximale Reichweite der Signalübertragung im Ortungsnetzwerk bei der optimalen Sendefrequenz von 10,1 kHz und mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von 10 : 1 beträgt 38 m. Neben der Entwicklung der elektronischen Komponenten wurde die mechanische Konstruktion des akustischen Emitters der APU untersucht und Verbesserungen zur Erhöhung der Reichweite erarbeitet. Im finalen Gletschertest von EnEx-RANGE wurde zur Demonstration der Funktionalität der elektronischen Steuerung eine Messung zur Charakterisierung der akustischen Signalübertragung im akustischen Ortungsnetzwerk in Eis durchgeführt.

Identifikationsnummern

  • REPORT NUMBER: RWTH-2019-11183

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