Qualcomms Reise zum Mars

(Auszug aus der Pressemitteilung)

Bahnbrechende Erfindungen, die die Bedürfnisse einer modernen Gesellschaft erfüllen, sind Teil unserer DNA. Wir setzen auf Partnerschaften, um Innovationen voranzutreiben und Lösungen zu entwickeln. Mit Begeisterung berichten wir daher in diesem Beitrag über ein Projekt, das wir gemeinsam mit dem NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) umgesetzt haben. Ziel war die Entwicklung von Technologien für den Mars-Hubschrauber Ingenuity, der erstmals einen motorgetriebenen Flug auf einem fremden Planeten durchführen wird. In diesem Projekt arbeitete Qualcomm Technologies, zu dem Qualcomm Government Technologies und Qualcomm CDMA Technologies gehören, eng mit dem JPL zusammen.

Der Mars-Helikopter befindet sich seit 2014 in der Entwicklung und ist das Ergebnis zahlreicher Innovationen und intensiver Tests. Das Vorhaben wurde als Technologiedemonstration des JPL gestartet und soll zeigen, wie autonomes Fliegen die Möglichkeiten der Weltraumforschung und der Wissenschaft erweitern kann. Die Ergebnisse können dann in zukünftige Missionen einfließen.

Bei solchen Projekten muss jedes noch so kleine technologische Detail beachtet werden, darunter auch der Prozessor, der den Betrieb des Hubschraubers ermöglicht. Als das Team von JPL damals an uns herantrat, um die autonomen Fähigkeiten von Ingenuity mit Produkten von Qualcomm Technologies zu testen und zu erweitern, waren wir sofort an Bord!

Die Herausforderungen des ersten Raumfluges

Die Bedingungen auf dem Mars stellen einzigartige Herausforderungen für den Betrieb eines Helikopters dar. Unsere Qualcomm Flight Platform erfüllt viele der damit verbundenen Anforderungen. Die größte Hürde liegt in dem eigenständigen Betrieb des Fluggerätes. Funksignale vom Mars benötigen mehrere Minuten, bis sie auf der Erde ankommen. Somit ist eine manuelle Steuerung in Echtzeit von der Erde aus nicht möglich. Der Hubschrauber erhält daher lediglich Kommandos für einen autonomen Betrieb, die aus einer Entfernung von mehreren Millionen Kilometern und mit einer Verzögerung von drei bis 22 Minuten übermittelt werden.

Ingenuity-Helikopter auf Qualcomm-Basis auf dem Mars (Bild: NASA/JPL-Caltech)

Eine weitere Herausforderung liegt darin, das für den autonomen Betrieb benötigte System mit ausreichend Rechenleistung zu versorgen und gleichzeitig den Stromverbrauch zu minimieren. Ein großer Teil der Energie wird nämlich für die Heizung benötigt, die die Komponenten des Helikopters in den Marsnächten ausreichend warm hält. Auch wenn das Qualcomm Flight System ursprünglich nicht für die Raumfahrt entwickelt wurde, verfügt die Lösung über leistungsstarke Funktionen für den autonomen Betrieb. Dank dieser Technologie, so waren wir uns sicher, würde es gelingen, einige der Herausforderungen für einen Flug auf dem Mars zu bewältigen.

Bei der Suche nach einer geeigneten Robotikplattform war es für das JPL weiterhin wichtig, dass die Lösung der Strahlung und den atmosphärischen Bedingungen auf dem Mars widersteht. Extreme Temperaturen sowie Temperaturwechsel können dazu führen, dass Komponenten sehr schnell verschleißen. Außerdem können einige Formen der Weltraumstrahlung das Silizium, aus denen Schaltkreise bestehen, allmählich oder abrupt beschädigen. Unter normalen Bedingungen würde man hierzu gründliche Tests vor Ort durchführen und eine Weltraumhärtung entwickeln. Durch eine Analyse des JPLs konnten die Experten jedoch auch ohne Tests auf dem Mars feststellen, dass bestimmte Eigenschaften der Qualcomm Flight-Technologie dazu beitragen, das Fehlerrisiko zu verringern. Somit qualifizierte sich die Lösung für den ersten Flug auf einem fremden Planeten.

Die Qualcomm Flight Platform treibt den Ingenuity-Helikopter an. (Bild: NASA/JPL-Caltech)

Die passenden Werkzeuge zusammenstellen

Qualcomm Flight wurde von Anfang an entwickelt, um autonomes Fliegen zu ermöglichen. Die Plattform liefert dazu Technologien, wie sie typischerweise in Drohnen für Endverbraucher zum Einsatz kommen. Dazu zählen beispielsweise die Unterstützung von 4K-Ultra-HD-Video, heterogenes mobiles Computing, Navigation über Visual-Inertial-Odometry (zur Wegmessung und Ortsbestimmung) sowie eine Flugunterstützung – und dies alles zusammengefasst in einer extrem kleinen und robusten Einheit.

All dies waren Kriterien, die das JPL an einen ferngesteuerten Helikopter stellte, der durch komplexe Algorithmen eigenständig auf dem Mars fliegen sollte. Ein autonomer Flugbetrieb ist deshalb so wichtig, da sich damit auch unzugängliches Gelände automatisch erkunden lässt, das das Basisfahrzeug sonst nicht erreichen könnte. So ergeben sich neue Möglichkeiten zur Erkundung der Umgebung und zum Erstellen von hochauflösenden Bildern. Außerdem können die Wissenschaftler durch die schnellere Fortbewegung ein größeres Gebiet erkunden.

Qualcomm Flight ermöglicht nicht nur den autonomen Betrieb von Ingenuity, sondern wird auch im Kommunikationssystem des Mars Rovers eingesetzt. Die Rechenleistung von Qualcomm Flight verarbeitet auf dem Rover die vom Hubschrauber aufgenommenen Bilder. So können sowohl Ingenuity als auch der Rover im Tandem arbeiten, um die bestmöglichen Fotos zu sammeln und vorzubereiten, die dann an das JPL-Team auf der Erde zurückgeschickt werden.