Work On Mars

Die bisherige und aktuelle Fernerkundung des Mars (aktuell: Mars-Perseverance-Rover der NASA) und die dabei verwendete Technologie faszinieren seit langem Alt und Jung. Zentrale Bedeutung besitzt dabei das Zusammenspiel von mechanischen und elektronischen HighTech-Komponenten mit der Programmierung von (teil-)autonom ablaufenden Software-Prozeduren. Letztere sind dem Zeitverzug bei der Datenübertragung: Erde – Mars geschuldet.

Ziel unseres Großprojekts „Work on Mars“ ist die Abbildung dieser technischen Problematik auf eine Modell-Marslandschaft im MINT-Schul-Labor. Diese befindet sich in einem für die TeilnehmerInnen nur zu „Wartungszwecken“ zugänglichen Raum.

Die Aufgaben der TeilnehmerInnen sind:

• Bau und Programmierung eines Modell-Fahrzeuges mit entsprechenden Sensoren (Kamera, Abstands- und Lagefühler etc.), Aktoren (Fahrzeug-Motoren, Greifarme etc.) und OnBoard-Mirkocontrollern (Raspberry Pi, Arduino o.ä.). Dabei können die SchülerInnen (als Grundlage) auf käuflich erhältliche Modelle zurückgreifen und diese „verfeinern“. Die TeilnehmerInnen sollen aber auch ermutigt werden, eigene Modell-Fahrzeuge zu entwickeln und diese herzustellen.
• Nach dem Bau und der Inbetriebnahme sollen die SchülerInnen ihre Fahrzeuge in die Modell-Marslandschaft stellen und aus dem Kontrollraum fernsteuern. Neben Erkundungsfahrten sollen auch einige Aufgaben erledigt werden, beispielsweise: „Marsgestein“ versetzen oder bearbeiten.
• Es können aber auch „Challenges“ zwischen verschiedenen Schülerteams durchgeführt werden, beispielsweise: Welches Team erledigt eine bestimmte Aufgabe in der Marslandschaft am schnellsten?

Vier "Betriebsarten" der Fernsteuerung zu Work On Mars:

• Methode 1: Bei der "einfachsten" Betriebsart sitzen die Rover-Fahrer mit ihrer Steuerung (Tablet oder LapTop) direkt am Rand des Marskraters und können das "Geschehen" Live mit den Augen verfolgen. Die Steuerung erfolgt noch ohne Zeitverzug.
• Methode 2: Hierbei befinden sich die Rover-Fahrer ebenfalls im Raum der Marslandschaft, haben aber in der Regel keinen direkten Blick auf das Geschehen. Sie müssen sich auf die Bilder der WebCams und der Mini-Kameras im Rover verlassen. Die Rover-Steuerung erfolgt ebenfalls noch ohne Zeitverzug. Läuft etwas schief oder haben die Fahrer die Orientierung verloren, können sie ihren Blick auf die Mars-Landschaft wenden und ggf. korrigierend eingreifen.
• Methode 3: Bei dieser Betriebsart sitzen die Rover-Fahrer im Kontrollraum und müssen sich vollständig auf die Kamerabilder und Sensorwerte verlassen. Die Rover-Steuerung erfolgt ebenfalls noch ohne Zeitverzug.
• Methode 4: Hierbei handelt es sich um die "schwierigste" Betriebsart. Die Rover-Fahrer sitzen im Kontrollraum und müssen sich vollständig auf die Kamerabilder und Sensorwerte verlassen. In die Rover-Steuerung ist ein mehrminütiger Zeitverzug eingebaut. Die Fahrer senden zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Befehlskette aus mehreren Einzelaktionen zum Rover. Dieser führt diese aus und sendet (erst) nach Ablauf des vorgegebenen Zeitverzugs neue Kamerabilder und Sensorwerte.