Vom Weltraum zur Erde: Wie ein Astronaut auf der ISS Bodenroboter bediente

Raumfahrtbehörden denken oft über das Problem nach, wie man Raumfahrzeuge vom Boden aus steuern kann, aber manchmal ist es nützlich, Befehle auch in die andere Richtung senden zu können: damit Astronauten im Weltraum Roboter auf der Erde steuern können. Das ist die Idee hinter einer Reihe von „Surface Avatar“-Tests, die auf der Internationalen Raumstation (ISS) durchgeführt werden, um die Methode namens Telerobotik zu testen.

Ein Test wurde 2023 vom NASA-Astronauten Frank Rubio durchgeführt, der im Columbus-Modul der Station positioniert war. Er konnte drei Roboter steuern, die sich im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) an einem Standort in der Nähe von München befanden.

Rubio kontrollierte das Robotertrio, um eine ähnliche Aufgabe auszuführen wie Astronauten auf einer Mondmission. Er führte die Roboter dazu, ein Instrument namens Seismometer zu entfernen, das unterirdische Vibrationen von einem Mondlander erkennt, und es auf dem Boden zu platzieren, wo es platziert werden müsste, um seine Aufgabe zu erfüllen und Mondbeben zu erkennen.

Die Idee bestand darin, nicht nur den Kommunikationsaspekt zu testen, sondern auch zu sehen, wie ein menschlicher Controller mit Robotern zusammenarbeiten kann, die über ein gewisses Maß an Autonomie verfügen.

„Mit Surface Avatar kombinieren wir den direkten Teleoperationsansatz mit überwachter Autonomie, um mehrere Roboteranlagen zu steuern, um komplexe Aufgaben zu erledigen: Stellen Sie sich eine Baustelle auf der Erde vor, wo ein Kran neben einem Bulldozer oder Bagger arbeiten könnte, um eine große Aufgabe zu erledigen, ", sagte der Leiter des Human Robot Interaction Lab der Europäischen Weltraumorganisation, Thomas Krueger.

Im jüngsten Test steuerte Frank Rubio die Roboter als Team: einen robotischen Landearm, einen humanoiden Roboter namens Rollin‘ Justin und einen Rover namens Interact. Die Vielfalt der Roboterformen und -werkzeuge half Rubio dabei, komplexe Vorgänge während des Tests durchzuführen, wie zum Beispiel das Entfernen eines festsitzenden Stifts oder das Überfahren eines Probenröhrchens, um es in einen Lander zu platzieren.

Weitere Tests der Serie sind geplant, wobei der dänische Astronaut Andreas Mogensen nach seiner Ankunft auf der ISS mehrere Roboter steuern wird. Dazu gehört, dass er denselben humanoiden Roboter und einen Roboter-„Hund“ steuert, den die Ingenieure Bert getauft haben.

Bei diesem zukünftigen Test wird Mogensen als Leiter der Gruppe fungieren und Befehle an jeden Roboter senden, um eine bestimmte Aufgabe auszuführen, während er die Mission von der ISS aus überwacht. Das System nutzt Eingaben wie einen Joystick, der eine Widerstandsrückmeldung liefert, damit der Bediener die Schwerkraft spürt.

Die Roboter verfügen über montierte Kameras, die Bilder und Videos zurück zur ISS senden. Obwohl es zwischen der Erde und der ISS zu einer kurzen Kommunikationsverzögerung von etwa 800 Millisekunden kommt, reicht diese nicht aus, um ein Problem für nahezu Echtzeitoperationen zu verursachen.

Die Macher des Tests halten die Einzelheiten darüber, welche Aufgabe der Astronaut und die Roboter genau ausführen werden, gerne geheim, damit sie sehen können, wie sie auf neue Herausforderungen reagieren und ob sich das Team an veränderte Situationen anpassen kann – wie sie es müssten eine echte Mission.

Der Einsatz von Telerobotik durch Astronauten ist für zukünftige Missionen, insbesondere zum Mond, von entscheidender Bedeutung. Aufgrund der Kommunikationsverzögerung von mehreren Minuten zwischen Erde und Mond können Controller am Boden Roboter auf dem Mond nicht in Echtzeit steuern. Die Idee ist, dass Astronauten beispielsweise in einem Raumschiff im Orbit um den Mond sein könnten, dann Roboterforscher an die Oberfläche schicken und sie steuern könnten, um Aufgaben wie das Sammeln wissenschaftlicher Proben zu erledigen.

Das gleiche Prinzip könnte auf extremere Umgebungen angewendet werden, beispielsweise auf den Mars oder sogar auf andere Planetenkörper. Dies wäre besonders nützlich für Umgebungen, die aufgrund von Faktoren wie Temperatur, Strahlung oder Wetter potenziell gefährlich für menschliche Astronauten sein könnten, denen Roboter möglicherweise besser standhalten könnten.

„Wir freuen uns, dem Ziel, Astronauten und Experten auf der Erde ein breites Spektrum an Möglichkeiten zu bieten, Teams verschiedener Roboter im Weltraum zu befehligen und zu verwalten, einen Schritt näher gekommen zu sein“, sagte der leitende Forscher des Projekts, Neal Y. Lii vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik. „Wir werden unsere Roboter an der Oberfläche als ihre physischen Avatare und intelligenten Mitarbeiter nutzen können, um immer komplexere Aufgaben auszuführen.“