Testexperimente zur akustischen Navigation in Eis und Wasser für ...

3 Die Eisschmelzsonde IceMole
3.1 Die Trägersonde
Der an der FH Aachen entwickelte ”
IceMole“ ist eine Eisschmelzsonde. Durch die Kombination
aus einer Eisschraube an der Spitze des IceMole-Kopfes und Heizelementen in der
Stirnplatte kann im Gegensatz zu klassischen Eisschmelzsonden die Richtung der Fortbewegung
kontrolliert geändert werden [7]. Insbesondere ist eine Ausbreitung durch das Eis
entgegen der Schwerkraft möglich. Durch die differenziell ansteuerbaren Heizsegmente
im Kopf, kann das Eis in einer ausgezeichneten Richtung bevorzugt geschmolzen werden.
Der Kopf legt demnach an der erhitzten Seite eine größere Wegstrecke zurück, was zu
einer Richtungsänderung zur kälteren Seite des Kopfes führt. Die Eisschraube sorgt für
den nötigen ständigen Kontakt des Schmelzkopfes mit dem Eis. Weitere Heizelemente an
den Seiten der Sonde unterstützen die Fähigkeit Kurven zu fahren und verhindern das
Einfrieren der Sonde. Das durch die Drehung der Schraube entstehende Drehmoment auf
die Sonde wird teilweise durch die rechteckige Bauform des IceMole aufgefangen. Neben
der Heizleistung von maximal 3 kW [7] und der vorgegebenen Richtung der Eisschraube
ist die Länge der Sonde maßgeblich für den so erreichbaren Kurvenradius.
Die in Abbildung 3.1 dargestellte Trägersonde nimmt verschiedene Subsysteme zur Betriebskontrolle,
Probennahme und Navigation auf. Für den Datentransfer und die Stromversorgung
ist die Sonde über Kabel mit der Bodenstation verbunden. Zentrale Schnittstelle
ist hierbei die Command and Data Handling System (CDHS) Einheit, der Hauptcomputer
für die Betriebskontrolle der Sonde. Zwei Generatoren liefern redundant den
benötigten Strom für das gesamte System.
Die Probennahme wird durch eine Probennadel innerhalb der Eisschraube realisiert.
Nach dem Anbohren einer wasserführenden Spalte können so Proben des Wassers in
Container innerhalb der Trägersonde gepumpt werden und stehen zur weiteren Analyse
bereit. Eine entscheidende Rolle spielt hierbei die Dekontamination der Sonde. Um die
Qualität der Proben zu sichern, wird die gesamte Sonde auf dem Weg zur Spalte dekontaminiert.
Die Navigation der Sonde beruht auf einer Fusion verschiedener Informationen zu Ort
und Lage der Sonde. Diese Informationen werden im wesentlichen von drei Subsystemen
bereit gestellt. Die Inertial Measurement Unit (IMU) liefert über Messungen von
Beschleunigungen in allen drei Raumrichtungen relative Positionsänderungen, wodurch
nach Initialisierung einer Startposition der zurückgelegte Weg der Sonde rekonstruiert
werden kann. Nachteil dieses ”
Dead Reckoning“ Verfahrens ist der kumulierte Fehler auf
die Position, der bei längerer Fahrt immer größer wird. Ein Magnetometer im Icemole
kann während eines Messstopps die Lage der Sonde relativ zu einem Referenzmagnetometer
an der Oberfläche bestimmen. Voraussetzung ist ein homogenes Magnetfeld im
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