Lunar Zebro: studenten mikken op de Maan

Eenmaal aangekomen op 's werelds grootste ruimtebeurs, de International Aeronautical Congress (IAC), loop je eerst rechtdoor bij de raket van Ariane en sla linksaf bij de stand van ESA. Als je dan drie satellieten bent gepasseerd zie je onder de oranje stand van Nederland ongeveer 10 rode vesten: dat is het TU Delft studententeam Lunar Zebro. Onder begeleiding van hun professoren willen ze binnenkort naar de maan gaan met hun semi-autonome rover Laika.

Het begint nu serieus te worden

Het kwalificatie-model van Lunar Zebro staat goed beschermd in een aluminium behuizing en glazen vitrine. ''Er mag niets gebeuren met dit model,'' legt Marnix Verkammen, een van de studenten, graag uit aan de vele geïnteresseerde bezoekers. ''Dit jaar, 2023, gaat dit model uitgebreid getest worden bij het Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum. Dan gaan we zien of de rover robuust genoeg is voor een echte ruimtevaart.'' Temperaturen variërend van tegen het absolute nulpunt tot oventemperaturen, krachten gaande tot 20G: de kleine Rover wordt dan flink op de pijnbank gelegd. Serieuze onderhandelingen met grote ruimtevaartbedrijven om naar de Maan te gaan zijn al ver gevorderd, en het feit dat Lunar Zebro nu kan profiteren van deze exclusieve testmogelijkheid laat zien hoever ze gekomen zijn — de Maan is in het vizier.

''Het begint nu serieus te worden.'' Normaal staat hij tegen de achtergrond, als trotse vader langs de zijlijn van een jeugdsportveld, maar als de gelegenheid zich voordoet komt Universitair Hoofddocent Chris Verhoeven graag zijn enthousiasme delen voor het project. ''Ik had natuurlijk altijd vertrouwen in de ambities, anders had ik hier niet zoveel energie ingestoken, en toch blijft het bijzonder om te zien hoe ver we zijn gekomen. Dit jaar is de sfeer op de beurs ook écht anders dan andere jaren. Iedereen kan nu met het kwalificatie-model zien dat we een hele serieuze partij zijn.'' Een snelle inventarisatie langs de andere stands van de beurs onderstreept dat vertrouwen: in totaal is er minder dan een handjevol rovers aanwezig op de beurs, laat staan modellen die klaar zijn voor een echte maanmissie. De studentenrover van TU Delft is één van de uitzonderingen.

Het team van Lunar Zebro bestaat uit ongeveer 60 studenten, verdeelt over allerlei faculteiten. Sommige studenten, inmiddels al bezig met hun Master, zijn betrokken sinds hun eerste studiejaar. Chris Verhoeven: “Onderwijs op alle niveaus heeft een hoge prioriteit. Iedereen is welkom om zich bij ons aan te sluiten, en dit aspect onderscheidt ons van andere studententeams binnen de TU Delft. Zo hebben we bijvoorbeeld studenten die parttime werken aan uitdagingen van Laika, maar er zijn ook enkelen die fulltime werken in leiderschapsrollen. Daarnaast werken toegewijde studenten aan Bachelor End Projects (BEP) en MS Thesis projecten onder deskundige begeleiding, bestaande uit medewerkers en leden van de industrie, om toekomstige wetenschappelijke en technologische uitdagingen van Lunar Zebro aan te gaan.'' Al die leerzame projecten worden samengebracht in een nieuwe iteratie van de rover, in dit geval de Laika: de eerste ruimtevaardige rover.

Trainen op IJsland, netwerken in Washington

Parijs was niet de enige internationale bestemming van het team vorig jaar. Eerder stonden de Verenigde Staten en IJsland al op het programma. "De Nederlandse ambassade in Washington organiseerde deze lente een programma om Nederlandse bedrijven in de ruimte-industrie te koppelen met Amerikaanse partners, zoals ook NASA. En daarvoor waren wij één van de genodigden!" In de ogen van Prachi Sachdeva glundert voorzichtige trots als zij het over het bezoek heeft.

Het geeft ons ontzettend veel vertrouwen om te zien hoe positief gemeenschap reageert op onze plannen en ambities. Bij NASA was dat niet anders.

Hoogtepunt van het bezoek in de VS was zonder meer een rondleiding door het hoofdkantoor van NASA. Voor Prachi bevestigde dit het vertrouwen van de internationale ruimtegemeenschap in de kwaliteiten van de Lunar Zebro. "Als je vertelt over het ontwerp en de mogelijkheden van de rover, dan zijn al veel mensen onder de indruk. Maar als je dan ook nog vertelt dat het project gedragen wordt door een studententeam, dan vallen de monden soms echt open van verbazing." vertelt Prachi. Het bezoek aan NASA heeft dat gevoel alleen maar versterkt. "Het geeft ons ontzettend veel vertrouwen om te zien hoe positief de ruimtevaart gemeenschap reageert op onze plannen en ambities. Bij NASA was dat niet anders."

Na Washington stond IJsland op het programma, één van de meest ruige landschappen ter wereld en daarom geen toevallige bestemming. Het was een gelegenheid om de beweging van de rover te testen in de lavatunnels. De Lunar Zebro heeft namelijk een bijzonder manier van voortbewegen heeft: de zes C-vormige poten draaien om de beurt rond, zodat de rover langzaam voortkruipt. Misschien ziet het er wat onhandig uit, maar na uitvoerig testen blijkt steeds dat dit één van de meest efficiënte bewegingstechnieken is voor de rover. En eigenlijk is dat ook niet gek: de meest succesvolle klasse in het dierenrijk heeft óók zes poten: de insecten. "Ik ben al mijn hele leven gefascineerd door insecten, en ik heb nog altijd terraria naast mijn werkbureau staan" legt Chris Verhoeven uit, "in zekere zin was voor mij sinds het begin van het project al duidelijk dat we bij het ontwikkelen van een rover we het best kunnen kijken naar wat nu al werkt in natuur. En dat zijn zes benen. De oorspronkelijke projectnaam 'Zebro' staat dan ook voor 'zesbenige robot'.

Op de ruige lavavelden van IJsland, vol vlijmscherpe rotsblokken, werden de zes poten van de Zebro opnieuw goed getest. Stijl omhoog, of juist omlaag, langs routes bezaaid met schier onmogelijke obstakels: de rover bleek het allemaal aan te kunnen. "Het was af en toe best nagelbijten" wil Marnix toegeven, "maar we hebben alle opdrachten kunnen uitvoeren."

Een nieuwe manier van maan-verkenning

Eén van Lunar Zebro's grootste kwaliteiten is de geweldige flexibiliteit. “In feite is de rover een platform, waar we eindeloos mee kunnen variëren. Onze eerste missie is bijvoorbeeld om de straling te gaan meten op de Maan. Kennis daarover is ontzettend belangrijk onderzoek voor als we daar als mensheid een serieuzere aanwezigheid willen bewerkstelligen." Maar dat is slechts één van de mogelijke onderzoeksrichtingen. In plaats van stralingsmeters, kan de rover ook uitgerust worden met radioantennes, waardoor gezamenlijk radio-astronomie vanaf de Maan mogelijk wordt gemaakt. "De rover kan relatief makkelijk omgebouwd worden, daarmee proberen we ons product te onderscheiden” legt Marnix Verkammen uit.

In feite is de rover een platform, waar we eindeloos mee kunnen variëren

Wat de missie ook wordt, de rovers moeten zelfstandig te werk gaan. Daarvoor is robuuste software nodig, of eigenlijk: Artificiële Intelligentie. Het team is van plan om het software-team, dat de algoritmes achter deze intelligentie gaat schrijven, de komende jaren flink te gaan uitbreiden. Maar de lat ligt hoog: het schrijven van de software is al een uitdaging op zich, maar omdat de rovers op de Maan gaan rondlopen en de foutmarge daarom extra klein is, moet de software ontzettend robuust zijn. In zekere zin moet de software zo simpel mogelijk zijn: alle overbodige code kan immers tot onvoorziene problemen lijden. “Zie het als het gedrag van een mier. Biologen zullen het misschien anders zien, maar ze gaan heel simpel te werk. Bijvoorbeeld: ze lopen hun route af, en pas als ze tegen een andere mier aanlopen wijzigen ze hun route. Zulke simpele voorwaarden, daar zijn we naar op zoek," legt Marnix uit.

Het eindresultaat moet een rover zijn die zowel autonoom is – dat wil zeggen dat het zichzelf niet in gevaar brengt – én in staat tot complexe samenwerking. Software op aarde kun je rustig testen op zulke kwaliteiten. En mocht er na de ingebruikname toch nog iets mis zijn, kun je vraag zonder al te veel problemen een ‘patch’ sturen die de software verbetert. Maar, voegt Marnix toe, “je kunt je wel voorstellen: in de ruimte is dat wel iets anders. We hebben wel verbinding met de rover, maar die verbinding heeft maar een hele lage capaciteit, dus eindeloos updates en patches sturen is geen optie. Als de rovers naar de Maan gaan, dan moeten we zeker weten dat alles solide is.”

Maar als de software uiteindelijk robuust genoeg is, zijn de toepassingen eindeloos. Rovers kunnen dan bijvoorbeeld samen – als het ware als een zwerm mieren – op pad gaan. Doordat elke mier naar een gemeenschappelijk doel werkt, kan elke Lunar Zebro-rover op de Maan werken aan een collectieve wetenschappelijke missie.

Nog even ademhalen

Binnenkort is dan het zover: dan gaat de Lunar Zebro dus op de pijnbank in bij de Koninklijke NLR. Misschien wordt daar direct groen licht gegeven voor een maanmissie. Of komen daar juist de laatste, zware loodjes naar boven – de laatste stukjes fine-tuning aan een project waar al zeker duizenden uren aan gewerkt is. Hoe dan ook: de test zal de laatste stappen bepalen voor de grote maanmissie. "We kunnen daarna ook concreet afspraken gaan maken met partners die ons daadwerkelijk op de Maan gaan krijgen." voegt Prachi toe "Onze rover is gelukkig klein, dus we hopen als het eenmaal zo ver is zo snel mogelijk een maanraket te vinden die nog wat ruimte overheeft in zijn bagageruim."

En alhoewel Lunar Zebro er dan al een hele reis heeft op zitten, begint de belangrijkste en grootste reis dan pas echt. Meer dan 380.000 kilometer zal het naar de Maan vliegen, aan een snelheid van 39.000 kilometer per uur. Als dat allemaal lukt, en de rover daarna 14 dagen standhoudt in het totaal onherbergzame landschap op de achterkant van de Maan – is de missie geslaagd.

Credits picture of Zebro in Iceland: Jamal Ageli (www.jamal-ageli.com)