Das erfolgreichste selbstfahrende Auto der Geschichte befindet sich derzeit auf dem Mars

Haben Sie sich jemals gefragt, warum Ihr Oberklasse-Auto Schwierigkeiten hat, in einer gut beleuchteten Garage einzuparken, während eine Maschine in 225 Millionen Kilometern Entfernung ohne menschliche Hilfe durch ein Trümmerfeld navigiert? Diese Frage steht im Mittelpunkt des jüngsten Meilensteins für den Perseverance-Rover. Während Tech-Unternehmen auf der Erde über Spurhalte-Software und LIDAR-Sensoren streiten, stellt ein sechsrädriger Roboter in aller Stille Entfernungsrekorde auf einem Planeten ohne Straßen, ohne GPS und ohne Werkstätten auf.

Perseverance landete im Februar 2021 im Jezero-Krater. Seitdem hat er sich von einem wissenschaftlichen Experiment zum produktivsten Reisenden in der Geschichte der Mars-Erkundung entwickelt. Das Fahrzeug ist auf dem besten Weg, die 45,16-Kilometer-Marke zu überschreiten. Diese Distanz ist bedeutend, da sie den Lebenszeitrekord des Opportunity-Rovers übertrifft. Opportunity war eine legendäre Maschine, die fast 15 Jahre lang überlebte. Perseverance erreicht denselben Meilenstein in etwa einem Drittel der Zeit. Diese Effizienz ist das Ergebnis eines grundlegenden Wandels in der Art und Weise, wie wir über autonome Maschinen denken.

Ein Gehirn, gebaut für ständige Bewegung

Um zu verstehen, warum Perseverance so viel schneller ist als seine Vorgänger, müssen wir einen Blick unter die Haube auf seine Rechenleistung werfen. Steven Lee ist der Projektleiter für den Perseverance-Rover am Jet Propulsion Laboratory der NASA. Er stellt fest, dass der Haupttreiber für diesen Erfolg das Autonavigationssystem ist. Auf der Erde verlassen sich selbstfahrende Autos auf massive Cloud-Server und vorinstallierte hochauflösende Karten. Perseverance hat nichts davon. Er muss Entscheidungen in Echtzeit mit seiner eigenen Bord-Hardware treffen.

Der Rover verfügt über eine Reihe hochentwickelter Kameras, die das Gelände vor ihm erfassen. Algorithmen verarbeiten diese Bilder dann, um einen sicheren Pfad durch Gefahren wie spitze Felsen und weiche Sandgruben zu finden. Das klingt einfach, aber der Rechenaufwand ist immens. Jede Sekunde, die der Rover mit Denken verbringt, ist eine Sekunde, in der er sich nicht bewegt. Bei früheren Rover-Generationen war diese Denkzeit ein großer Engpass. Perseverance löst dies durch den Einsatz eines dedizierten Vision Compute Element. Diese Hardware ermöglicht es dem Rover, Bilder zu verarbeiten und seine Route zu planen, während sich seine Räder noch drehen.

Im Alltag ausgedrückt: Frühere Rover waren wie ein Wanderer, der alle zehn Schritte anhalten und auf eine Papierkarte schauen muss. Perseverance ist wie ein Wanderer, der sein Handy checken kann, während er weitergeht. Diese Fähigkeit, gleichzeitig zu denken und sich zu bewegen, ist der Grund, warum 90 Prozent der Gesamtdistanz des Rovers mittlerweile autonom zurückgelegt werden. Er wartet nicht mehr darauf, dass ein menschlicher Pilot auf der Erde für jeden Meter Fahrt spezifische Anweisungen sendet.

Überwindung der Grenzen der Neunzigerjahre

Betrachtet man das große Ganze, so ist der Leistungssprung ein klassisches Beispiel dafür, wie das Mooresche Gesetz schließlich die spezialisierte Welt der Weltraumforschung erreicht. Der Curiosity-Rover ist in Größe und Form im Wesentlichen ein Zwilling von Perseverance. Dennoch ist Curiosity viel langsamer. Nur etwa 10 Prozent seiner Fahrten erfolgen autonom. Der Grund für diese Lücke ist das Alter seines Computers. Curiosity startete 2011 mit einem Chipsatz, dessen Wurzeln in den späten 1990er Jahren liegen.

Weltraumtaugliche Hardware ist bekanntermaßen langsam, da sie gegen intensive Strahlung gehärtet sein muss. Dieser Härtungsprozess bedeutet oft, dass ältere, stabilere Designs anstelle der neuesten Consumer-Chips verwendet werden. Der Computer von Curiosity ist so langsam, dass er nicht gleichzeitig fahren und Bilder verarbeiten kann. Er muss anhalten, ein Foto machen, mehrere Minuten damit verbringen, die nächsten Meter zu berechnen, und sich dann bewegen. Dieser Zyklus macht Langstreckenreisen zu einem mühsamen Prozess. In über 15 Jahren auf dem Mars hat Curiosity etwa 38,6 Kilometer zurückgelegt. Perseverance passiert diese Marke in einem Bruchteil der Zeit, weil seine (etwas) modernere Hardware endlich schnell genug ist, um mit seinen Rädern Schritt zu halten.

Selbst mit dieser Geschwindigkeit ist der Rover nicht gerade ein Rennwagen. Seine maximale Radgeschwindigkeit beträgt etwa 150 Meter pro Stunde. Für einen Menschen ist das ein sehr langsames Kriechen. Aber für einen Roboter auf einem anderen Planeten ist dieser konstante, stetige Fortschritt ein entscheidender Faktor für die Wissenschaft.

Warum ständige Bewegung die Wissenschaft verändert

Vivian Sun ist die stellvertretende Projektwissenschaftlerin der Mission. Sie erklärt, dass diese Fahrfähigkeit ein Kraftmultiplikator für ihre Forschung ist. Wenn sich ein Rover schneller bewegen kann, können Wissenschaftler größere Träume wagen. In früheren Missionen könnte ein entferntes geologisches Merkmal als unerreichbar gegolten haben, weil es Monate oder Jahre dauern würde, dorthin zu gelangen. Mit Perseverance liegen diese fernen Ziele nun innerhalb einer angemessenen Pendelstrecke.

Perseverance erkundet derzeit den Jezero-Krater. Dieser Ort ist eine Goldgrube für Geologen, da er einige der ältesten Gesteine im Sonnensystem enthält. Diese Gesteine sind fast 4 Milliarden Jahre alt. Sie stammen aus einer Zeit, als die inneren Planeten noch unter einem schweren Bombardement von Asteroiden standen. Auf der Erde haben Plattentektonik und Wetter fast alle Gesteine aus dieser Ära zerstört. Auf dem Mars liegen sie einfach an der Oberfläche.

Wissenschaftler glauben, dass dieses Gebiet einst ein riesiger See mit einem Flussdelta war. Falls jemals Leben auf dem Mars existierte, wäre dies der Ort, an dem Beweise zu finden wären. Die Fähigkeit des Rovers, von einem Ort zum anderen zu fahren, hat es dem Team ermöglicht, mehr Gelände persönlich zu untersuchen als bei jeder früheren Mission. Der Roboter kommt oft früher als geplant an neuen Untersuchungsorten an. Dies gibt dem Team mehr Zeit, Bohrkerne zu entnehmen und die Chemie des Bodens zu analysieren.

Das Rad für einen Marathon neu entwerfen

Geschwindigkeit und Intelligenz sind nutzlos, wenn das Fahrzeug auseinanderfällt. Einer der häufigsten Fehlerpunkte bei Mars-Rovern sind die Räder. Der Mars ist mit scharfen, vulkanischen Felsen bedeckt, die wie Messer gegen dünnes Aluminium wirken. Nach einigen Jahren auf dem Planeten zeigten die Räder von Curiosity erhebliche Löcher und Risse. Dieser Schaden zwang die Bediener dazu, vorsichtiger zu fahren und bestimmte Geländearten zu meiden.

Für Perseverance gingen die Ingenieure zurück ans Reißbrett. Sie überarbeiteten das Profildesign und erhöhten die Dicke des Aluminiums. Bisher sind die Ergebnisse hervorragend. Es gibt keine Anzeichen für den Verschleiß, der die vorherige Generation plagte. Das Team arbeitet auch daran, die Radaktoren – die Motoren, die die Räder drehen – für mindestens 100 Kilometer Fahrt zu zertifizieren.

Der Rover ist zudem ein Meister des Ressourcenmanagements. Er wird von einem Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator angetrieben. Dieses Gerät wandelt Wärme aus dem Zerfall von Plutonium in Elektrizität um. Er ist nicht auf Solarmodule angewiesen und muss sich daher keine Sorgen über Staubstürme oder den Wechsel der Jahreszeiten machen. Er hat keine Schmiermittel oder Verbrauchsmaterialien, die zur Neige gehen könnten. Er ist ein in sich geschlossener, kernbetriebener Kundschafter, der auf Jahrzehnte ausgelegt ist.

Was das für Autofahrer auf der Erde bedeutet

Praktisch gesehen bietet der Erfolg von Perseverance eine Blaupause für Autonomie in schwierigen Umgebungen. Der Großteil unseres Fortschritts bei der selbstfahrenden Technologie auf der Erde konzentriert sich auf hochstrukturierte Umgebungen wie Autobahnen und Stadtstraßen. Wir gehen davon aus, dass es klare Linien auf der Straße und eine zuverlässige Karte in der Cloud geben wird. Perseverance beweist, dass wir Systeme bauen können, die auch ohne all diese Infrastruktur funktionieren.

Diese Technologie bietet greifbare Vorteile für Branchen wie Bergbau, Landwirtschaft und Such- und Rettungsdienste. In einer eingestürzten Mine oder auf einem abgelegenen Bauernhof gibt es kein Hochgeschwindigkeitsinternet und das Gelände ändert sich jeden Tag. Die Logik, die vom Vision Compute Element verwendet wird – bei der das Fahrzeug in einer kontinuierlichen Schleife wahrnimmt und sich bewegt – ist genau das, was diese Branchen benötigen. Sie führt uns weg von der Abhängigkeit von der Cloud und hin zum Edge Computing, bei dem die Maschine intelligent genug ist, um ihre eigenen Probleme zu lösen.

Letztendlich geht es bei der rekordverdächtigen Reise von Perseverance um mehr als nur um eine Entfernungszahl in einer Tabelle. Es ist ein Wandel in der Philosophie der Robotik. Wir bewegen uns von Maschinen, die ferngesteuerte Marionetten sind, hin zu Maschinen, die echte Partner bei der Erkundung sind. Während der Rover weiter durch den Jezero-Krater klettert, lehrt er uns, wie wir widerstandsfähigere, unabhängigere und nützlichere Werkzeuge für unser eigenes Leben bauen können.

Hinter dem Fachjargon von Aktoren und Vision-Elementen ist die Lektion einfach. Der zuverlässigste Weg, eine unordentliche, unvorhersehbare Welt zu navigieren, besteht darin, die Hardware zu haben, um spontan zu denken. Egal, ob man sich auf der Oberfläche des Mars oder auf einer Baustelle in der Mojave-Wüste befindet, das Ziel ist dasselbe. Erfolg liegt in der Fähigkeit, sich weiter vorwärts zu bewegen, während sich die Welt um einen herum verändert.

Quellen

• NASA Jet Propulsion Laboratory Missionsberichte
• Technische Spezifikationen des Perseverance-Rovers für die Mars 2020-Mission
• Interviews mit Projektleiter Steven Lee und Wissenschaftlerin Vivian Sun
• Historische Leistungsdaten der Rover Curiosity und Opportunity