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KaNaRiA - Kognitionsbasierte, autonome Navigation am Beispiel des Ressourcenabbaus im All

Arbeitsgruppe:AG Optimierung und Optimale Steuerung
Leitung: Prof. Dr. Christof Büskens ((0421) 218-63861, E-Mail: bueskens@math.uni-bremen.de)
Bearbeiter: Dr.-Ing. Anne Schattel
Dr.-Ing. Mitja Echim ((0421) 218-63865, E-Mail: mitja@math.uni-bremen.de)
Andreas Folkers ((0421) 218-63867, E-Mail: afolkers@uni-bremen.de)
Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Projektpartner: Uni BW München
AG Kognitive Neuroinformatik, Universität Bremen
AG Computergrafik und Virtuelle Realität, Universität Bremen
Laufzeit: seit 01.10.2013
Bild des Projekts KaNaRiA - Kognitionsbasierte, autonome Navigation am Beispiel des Ressourcenabbaus im All

Der weltweite Verbrauch an Rohstoffen wächst stetig und ist einem ständigen Wandel unterworfen. Schon heute kann zum Beispiel der Bedarf an seltenen Erden und Technologiemetallen kaum noch gedeckt werden. Zukünftige Raumfahrtmissionen zu Asteroiden könnten auf der Erde nicht vorhandene Ressourcen bereit stellen, oder aber Ressourcen im Weltraum nutzbar machen, um längere Weltraummissionen zu ermöglichen. Dafür müssen zunächst die technischen Möglichkeiten erkundet werden, wobei die Entdeckung neuer Materialien auch zu neuen Technologien führen kann. Auch erhofft man sich, anhand von Asteroiden mehr über die Entstehung unseres Sonnensystems zu erfahren, da sie ein Überbleibsel dieser Zeit sind. Aufgrund der großen Distanzen sind solche Missionen jedoch unbemannt und autonom zu gestalten.

Das Projekt KaNaRiA, bestehend aus fünf Verbundpartnern und gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, stellt sich dieser Aufgabe, wobei auch die Frage nach der Übertragbarkeit der gewonnenen Erkenntnisse auf erdgebundene Anwendungen, z.B. in der Tiefseeforschung, von Interesse ist.

Innerhalb von KaNaRiA wird eine unbemannte Asteroiden-Mining Mission im 'Main Belt' simuliert und mittels Virtueller Realität visualisiert. Die Mission umfasst den Hin- und Rückflug, die Annäherung an den Asteroiden, die Landung, das Mining und den Rücktransport von Material. Die Besonderheit der Mission liegt darin, dass rentable Asteroiden autonom ausgewählt und angeflogen werden und der Abbau von Material anschließend ebenfalls autonom durchgeführt wird. Entscheidungen werden kognitiv motiviert getroffen. Die virtuelle Umgebung dient der Entwicklung und Verifikation von neuen Algorithmen und bietet intuitive 3d-Interaktionsmethoden.

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Die mathematische Aufgabe innerhalb von KaNaRiA besteht in der Entwicklung einer Bahnplanungssoftware zur Berechnung von optimalen Trajektorien sowie der Entwicklung von optimalen Regelungsstrategien für die Steuerung des Raumfahrzeugs. Die resultierenden nicht-linearen hoch-dimensionalen Optimierungsprobleme werden mithilfe des Software Paketes WORHP ("We Optimize Really Huge Problems") gelöst.


Publikationen

  1. A. Schattel, C. Büskens, M. Echim.
    Low Thrust Trajectory Optimization for Autonomous Asteroid Rendezvous Missions.
    6th International Conference on Astrodynamics Tools and Techniques (ICATT), 14.-17.03.2016, Darmstadt, Deutschland.
  2. A. Probst, G. González Peytaví, D. Nakath, A. Schattel, C. Rachuy, P. Lange, J. Clemens, M. Echim, V. Schwarting, A. Srinivas, K. Gadzicki, R. Förstner, B. Eissfeller, K. Schill, C. Büskens, G. Zachmann.
    KaNaRiA: Identifying the Challenges for Cognitive Autonomous Navigation and Guidance for Missions to Small Planetary Bodies.
    66th International Astronautical Congress, 12.10.-16.10.2015, Jerusalem, Israel.
  3. A. Schattel, A. Cobus, M. Echim, C. Büskens.
    Optimization and Sensitivity Analysis of Trajectories for Autonomous Small Celestial Body Operations.
    19th European Conference on Mathematics for Industry, 13.06.2016-17.06.2016.
    Progress in Industrial Mathematics at ECMI 2016.