EnEx-NavEn

Im Vorhaben Enceladus Explorer (EnEx), FKZ 50NA1207, wurde die kombinierte Einschmelz- und Einbohrsonde „IceMole“ um ein umfassendes Navigationssystem ergänzt. Das Navigationssystem besteht dabei aus einem Koppelnavigationssystem, einem Positionierungssystem auf Ultraschallbasis, einer ultraschallbasierten Umfelderkundungsanlage sowie einem Sensorfusionsfilter.

Als wesentliche Komponente des Koppelnavigationssystems wurde durch das Institut ISTA ein speziell auf terrestrische Eisbohrmissionen optimiertes Lagereferenzsystem (Attitude Heading Reference System, AHRS) entwickelt. Dieses Lagereferenzsystem nutzt Strap-Down Technologie mit die inertiale Messeinheit (Inertial Measurement Unit, IMU) LN-200 von der Northrop Grumman Coporation als Hauptsensor. Diese IMU basiert auf der Technologie der Faserkreisel (Fibre-Optic Gyroscope, FOG). Damit kann die Lage der Sonde zuverlässig bestimmt werden.

Zu Beginn der Bohrung wird in einer speziellen Messphase zunächst die Ausgangslage der Sonde (Roll, Pitch, Yaw) bestimmt (Initial Alignment). Während des Bohrvorgangs wird dann die Lage der Sonde kontinuierlich nachgeführt. Die ausgewählte IMU war für die projektierte Anwendung ausreichend kompakt und lieferte inertiale Messdaten mit mittlerer Genauigkeit. Die ermittelten Lageinformationen waren für die Sondensteuerung, die Koppelnavigation, die Sensorfusion und die Umfelderkundung von essentieller Bedeutung.

Im Vorhaben NavEn wird nun eine Weiterentwicklung des Lagereferenzsystems für den IceMole vorgeschlagen. Dabei steht die Miniaturisierung des Systems im Vordergrund, wobei die in EnEx erreichte Genauigkeit beibehalten werden soll. Die bisher genutzte IMU LN-200 hat einen Durchmesser von ca. 96 mm, bei einer Höhe von ca. 95 mm und einer Leistungsaufnahme von bis zu 17 W. Da zusätzlich noch die Dekodiereinheit für das IMU-Datenprotokoll und ein Einplatinenrechner für die Datenprozessierung in die Navigationsbox integriert werden mussten, hat diese Box die Dimensionen 200 mm x 98 mm x 125 mm. Mit der Miniaturisierung des IceMoles, geht auch die Miniaturisierung der Navigationsbox einher. Dadurch wird auch eine Verkleinerung des Lagereferenzsystems notwendig.

Die Algorithmen des Lagereferenzsystems wurden bisher nur für terrestrische Anwendungen und nur für die Nutzung der FOG IMU LN-200 optimiert. Im Rahmen von NavEn soll die Verwendung des Lagereferenzsystems auch unter den Umgebungsparametern von Enceladus und dem Jupitermond Europa ermöglicht werden. Die abweichenden physikalischen Parameter auf Enceladus und Europa, sowie die (im Zuge der Miniaturisierung notwendige) Verwendung kleinerer, aber wahrscheinlich ungenauerer Sensoren, bedingt eine grundlegende Anpassung dieser Algorithmen.