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TU Wien liefert Software für den Mars

Seit über 40 Jahren bemühen sich Russen und Amerikaner um die Vorherrschaft in der Erkundung des Mars. 2003 greift Europa mit "Mars Express" ein und die TU Wien ist dabei!

Abb. 1: Automatisierte Fehlerelimination der Oberflächenpunkte

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Abb. 1: Automatisierte Fehlerelimination der Oberflächenpunkte

Abb. 1: Automatisierte Fehlerelimination der Oberflächenpunkte

Abb. 2: Schräglichtbeleuchtung und Farbkodierung der Marsoberfläche

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Abb. 2: Schräglichtbeleuchtung und Farbkodierung der Marsoberfläche

Abb. 2: Schräglichtbeleuchtung und Farbkodierung der Marsoberfläche

Abb. 3: Ausschnitt aus den Valles Marineris mit "Namensgut"

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Abb. 3: Ausschnitt aus den Valles Marineris mit "Namensgut"

Abb. 3: Ausschnitt aus den Valles Marineris mit "Namensgut"

Abb. 4: Verschiedene Visualisierungen der Marsoberfläche

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Abb. 4: Verschiedene Visualisierungen der Marsoberfläche

Abb. 4: Verschiedene Visualisierungen der Marsoberfläche

Die ESA (European Space Agency) hat für 2003 ehrgeizige Ziele: So soll der ganze Mars vermessen werden. Die Technische Universität (TU) Wien ermöglicht, die enorme Datenmenge (2 Terrabyte!) online zu verwalten.

Hochauflösende Bilder vom Mars

Die Mission "Mars Express" soll unter anderem eine komplette topographische Kartierung des roten Planeten liefern. Zu diesem Zweck wird, unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), mit einer hochauflösenden Stereo-Kamera vier Jahre lang die gesamte Mars-Oberfläche mit ihren 150 Millionen Quadratkilometer fotografiert. Es sollen 10 mal 10 Meter große (in kleineren Bereiche sogar zwei Meter im Quadrat) geomorphologische Strukturen erfasst werden. Das Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung (I.P.F.) der TU Wien hat die Aufgabe übernommen, diese Daten effizient zu verwalten. Dazu wird ein "TMIS" (Topographic Mars Information System) entwickelt, das einerseits den kooperierenden ForscherInnen die Daten zur Verfügung stellt und andererseits der Öffentlichkeit (über eine Website) neue Einblicke gewähren soll. Dieses Projekt wird durch das Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) gefördert.

Das I.P.F. der TU Wien: ein ausgewiesener Partner

Das I.P.F. beschäftigt sich schon seit langem mit dem Erstellen und effizienten Verwalten von die Erdoberfläche beschreibenden Modellen (digitalen Geländemodellen = DGM). Das Programm-Paket "SCOP" ist das Ergebnis jahrelanger Forschungs- und Entwicklungsarbeit. SCOP wird gemeinsam mit einer deutschen Firma laufend weiterentwickelt. In jüngster Zeit hat die Laserscanning-Technologie neue Möglichkeiten der Datenerfassung eröffnet, und es wurden darauf abgestimmte Verfahren in SCOP integriert. Landesweite und länderübergreifende DGM-Prozessierung sind Alltag, doch eine planetenweite Bearbeitung und international vernetzte Verwaltung sind herausfordernde Forschungsaufgaben.

Erste Erfolge

Das auf der derzeit laufenden Mars-Mission der USA, Mars Global Surveyor, installierte System MOLA (= Mars Orbiter Laser Altimeter) lieferte genaue Laserentfernungsmessungen zwischen Sonde und Marsoberfläche. Die in der Zwischenzeit angefallenen rund 600 Millionen Oberflächenpunkte erlauben eine bisher nicht gekannte detaillierte DGM-Erstellung der Marsoberfläche. MOLA tastete den Planeten von einer kreisförmigen Bahn aus ab, die über die beiden Pole verläuft, während sich der Planet darunter langsam weiterdrehte. Das erzeugt leider eine inhomogene Punktverteilung. Der Punktabstand in Flugrichtung beträgt rund 400 Meter, zwischen den Spuren jedoch bis zu mehreren Kilometern. Das sind keine idealen Bedingungen für die Erzeugung eines hochwertigen DGM. Dazu kommt, dass wegen fehlerhafter Flugbahnbestimmung grobe Höhenfehler einzelner Spursegmente auftreten. Bisher erfolgte die Fehlerelimination in mühseliger, großteils händischer Kleinarbeit. Das I.P.F. setzte zur Fehlerbehebung auf automatisierte Verfahren. Hierfür wurden Methoden adaptiert, die sich bei der Oberflächenberechnung aus vom Flugzeug aufgenommenen Laserscannerdaten bewährt haben. Abbildung 1 zeigt als typisches Beispiel das künstlich beleuchtete DGM eines Marskraters vor (links) und nach (rechts) der automatisierten Elimination der Fehler.

Umfangreiche Vorarbeiten

Im Rahmen der bisherigen Arbeiten wurde - basierend auf den MOLA-Daten - ein globales DGM der gesamten Marsoberfläche in einer Auflösung von 4500 mal 4500 Meter erstellt. Insgesamt wurden 60 Millionen Punkte einbezogen. Im Bereich der "Valles Marineris" (etwa 5 Millionen Quadratkilometer groß) erfolgte eine automatisierte Elimination der Fehler mit anschließender Berechnung eines DGM mit hoher Auflösung (300 mal 300 Meter). Hier wurden 14 Millionen Punkte verarbeitet. Als nächster Schritt ist die automatische Fehlerelimination und die Erstellung eines hochauflösenden DGM der gesamten Marsoberfläche vorgesehen.

Ganz neue Aussichten

Über Zusatzmodule wird das TMIS eine Vielzahl von Visualisierungs- und Analysemöglichkeiten bieten. So zeigt Abbildung 2 eine Überlagerung von Schräglichtbeleuchtung und Höhenkodierung (Farben) der gesamten Marsoberfläche. Es können aber auch Perspektivansichten (Abbildung 3: 360.000 Quadratkilometer großer Ausschnitt im Bereich der Valles Marineris) und dreidimensionale Modelle (z.B. in der VRML = Virtual Reality Modeling Language) erzeugt werden. Abbildung 4 zeigt einen kleinen Überblick der Visualisierungsmöglichkeiten. Für Hydro- und Geologen sind auf Regensimulation basierende Analysen von besonderem Interesse. Wasserläufe, abflusslose Gebiete, Einzugsgebiete von Flüssen und vieles mehr können präzise ermittelt und auf verschiedene Art dargestellt werden. Ebenfalls ist die Berechnung von 360° Panorama-Darstellungen möglich, die für Landungssimulationen zukünftiger Missionen eingesetzt werden können.

Mars-Bilder im Internet

Aktuelle Ergebnisse sowie detaillierte Beschreibungen werden der Öffentlichkeit auch im Internet präsentiert:

www.ipf.tuwien.ac.at/MarsExpress/, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

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Hintergrund

  • Der Mars in Zahlen
  • Bisherige Marsmissionen