Curiozitate Rover a făcut câteva descoperiri incredibile în cei cinci ani în care a funcționat pe suprafața lui Marte. Și în cursul desfășurării cercetărilor sale, roverul a acumulat, de asemenea, niște kilometri serioși. Cu toate acestea, cu siguranță a venit ca o surpriză atunci când, în timpul unor examene de rutină din 2013, membrii echipei de științe Curiosity au remarcat că roțile sale au suferit rupe în treptele lor (urmate de pauze raportate în 2017).
Privind spre viitor, cercetătorii de la Centrul de Cercetare Glenn al NASA speră să echipeze roverii de generație viitoare cu o nouă roată. Se bazează pe „Pneul de primăvară”, pe care NASA l-a dezvoltat odată cu Goodyear, la mijlocul anilor 2000. Cu toate acestea, în loc să folosească fire de oțel înfășurate țesute într-un model de plasă (care a făcut parte din designul original), o echipă de oameni de știință NASA a creat o versiune mai durabilă și flexibilă care ar putea revoluționa explorarea spațială.
Când vine chiar în jos, Luna, Marte și alte corpuri din Sistemul Solar au un teren aspru, pedepsitor. În cazul Lunii, problema principală este regulitul (de asemenea, praful de Lună) care acoperă majoritatea suprafeței sale. Acest praf fin este, în esență, bucăți zdrobite de rocă lunară, care joacă rău cu motoarele și componentele mașinii. Pe Marte, situația este ușor diferită, reglementitul și rocile ascuțite acoperind cea mai mare parte a terenului.
În 2013, după doar un an la suprafață, roțile roverului Curiosity au început să prezinte semne de uzură datorită traversării unui teren neașteptat de dur. Acest lucru i-a determinat pe mulți să se îngrijoreze că roverul nu ar putea să-și îndeplinească misiunea. De asemenea, i-a determinat pe mulți la Centrul de Cercetare Glenn al NASA să reconsidere un design la care lucrau cu aproape un deceniu înainte, care era destinat misiunilor reînnoite pe Lună.
Pentru Glenn NASA, dezvoltarea anvelopelor a fost un centru de cercetare de aproximativ un deceniu acum. În acest sens, aceștia revin la o tradiție de ingineri și oameni de știință din NASA, care a început în epoca Apollo. La vremea respectivă, atât programele spațiale americane, cât și cele rusești au evaluat mai multe modele de anvelope pentru utilizare pe suprafața lunară. În general, au fost propuse trei proiecte majore.
În primul rând, aveai roțile special concepute pentru Lunokhod Rover, un vehicul rus al cărui nume se traduce literalmente în „Moon Walker”. Proiectarea roții pentru acest rover a constat în opt anvelope cu sârmă rigidă cu jante, care erau conectate la axele lor prin raze tip bicicletă. Plăcile metalice au fost, de asemenea, montate pe partea exterioară a anvelopei pentru a asigura o mai bună tracțiune în praful lunar.
Apoi, a existat conceptul NASA pentru un transportator de echipamente modulare (MET), care a fost dezvoltat cu sprijinul Goodyear. Acest cărucior nealimentat a fost livrat cu două cauciucuri din cauciuc neted, pline de azot, pentru a ușura tragerea căruciorului prin solul lunar și peste roci. Și apoi a existat proiectarea vehiculului Lunar Roving (LRV), care a fost ultimul vehicul NASA care a vizitat Luna.
Acest vehicul echipat, pe care astronauții Apollo îl conduceau pe suprafața lunară provocatoare, s-a bazat pe patru roți mari, cu oțel flexibil, cu rame interioare rigide. La mijlocul anilor 2000, când NASA a început să planifice montarea de noi misiuni pe Lună (și viitoarele misiuni pe Marte), au început să reevalueze anvelopa LRV și să încorporeze noi materiale și tehnologii în proiectare.
Fructul acestei cercetări reînnoite a fost anvelopa de primăvară, care a fost munca inginerului de cercetare mecanică Vivake Asnani, care a lucrat îndeaproape cu Goodyear pentru dezvoltarea acesteia. Designul a solicitat o anvelopă fără aer, conformă cu sute de fire de oțel înfășurate, care au fost apoi țesute într-o plasă flexibilă. Acest lucru nu numai că a asigurat o greutate ușoară, dar a oferit cauciucurilor capacitatea de a suporta sarcini mari în timp ce se conformează terenului.
Pentru a vedea cum anvelopa de primăvară ar pleca pe Marte, inginerii de la Centrul de Cercetare Glenn al NASA au început să le testeze în laboratorul Slope, unde i-au parcurs printr-un curs de obstacole care simulează mediul marțian. În timp ce anvelopele s-au comportat în general bine în nisip simulat, au întâmpinat probleme atunci când plasa de sârmă s-a deformat după trecerea peste roci zimțate.
Pentru a aborda acest aspect, Colin Creager și Santo Padua (un inginer NASA și, respectiv, om de știință a materialelor), au discutat despre alternative posibile. În timp, au convenit că firele de oțel ar trebui să fie înlocuite cu titanul nichel, un aliaj de memorie de formă care este capabil să-și păstreze forma în condiții dure. După cum a explicat Padua într-un segment video NASA Glenn, inspirația de a utiliza acest aliaj a fost foarte serendipitous:
„S-a întâmplat să fiu terminat în clădirea de aici, unde se află laboratorul Slope. Și am fost aici pentru o altă întâlnire pentru munca pe care o fac în aliaje de memorie de formă și se întâmplă să intru în Colin, în sală. Și am fost de genul „ce faci înapoi și de ce nu ești în laboratorul de impact?” - pentru că îl știam ca student. El a spus: „bine, am absolvit și lucrez aici full time pentru o vreme ... lucrez în pantă.”
În ciuda faptului că a lucrat la JPL zece ani, Padua nu mai văzuse laboratorul Slope înainte și a acceptat o invitație pentru a vedea la ce lucrează. După ce a intrat în laborator și s-a uitat la anvelopele de primăvară pe care le testau, Padua a întrebat dacă întâmpină probleme cu deformarea. Când Creager a recunoscut că sunt, Padua a propus o soluție care tocmai a fost domeniul său de expertiză.
„Niciodată nu mai auzisem despre termenii aliaje de memorie a formei, dar știam că [Padua] este un inginer științific de materiale”, a spus Creager. „Și așa, de atunci colaborăm la aceste anvelope folosind expertiza sa în materie de materiale, în special în aliajele cu memorie de formă, pentru a veni cu această nouă anvelopă care credem că va revoluționa cu adevărat anvelopele rover planetare și, probabil, chiar și anvelope pentru Pământ. .“
Cheia pentru modelarea aliajelor de memorie este structura lor atomică, care este asamblată în așa fel încât materialul „își amintește” forma inițială și să poată reveni la el după ce a fost supus la deformare și încordare. După construirea anvelopei din aliaj de memorie de formă, inginerii Glenn au trimis-o la Laboratorul de Propulsie Jet, unde a fost testat în Mars Life Test Facility.
În general, anvelopele nu numai că au avut performanțe bune în nisipul marțian simulat, dar au reușit să reziste să depășească fără probleme dificultățile aferente. Chiar și după ce anvelopele au fost deformate până la axe, au putut să își păstreze forma inițială. De asemenea, au reușit să facă acest lucru în timp ce au transportat o sarcină utilă semnificativă, care este o altă condiție necesară atunci când dezvoltă pneuri pentru vehicule de explorare și rovers.
Prioritățile pentru anvelopa de primăvară Mars (MST) sunt să ofere o durabilitate mai mare, o tracțiune mai bună în nisip moale și o greutate mai ușoară. După cum indică NASA pe site-ul MST (parte a site-ului Glenn Research Center), există trei avantaje majore pentru dezvoltarea de anvelope performante, cum ar fi Spring Wheel:
„În primul rând, ei ar permite roverilor să exploreze regiuni mai mari ale suprafeței decât în prezent. În al doilea rând, deoarece se conformează terenului și nu se scufundă la fel de mult ca și roțile rigide, pot transporta sarcini utile mai grele pentru aceeași masă și volum dat. În cele din urmă, deoarece anvelopele conforme pot absorbi energia de la impact la viteze moderate până la mari, acestea pot fi utilizate pe vehicule de explorare cu echipaj, care se așteaptă să se deplaseze cu viteze semnificativ mai mari decât actualele rovers Marte. "
Prima ocazie disponibilă de a testa aceste anvelope este la doar câțiva ani distanță, când NASA este Marte 2020 Rover va fi trimis la suprafața Planetei Roșii. Odată ajuns acolo, roverul va ridica locul în care Curiosity și alți rover au plecat, căutând semne de viață în mediul dur al lui Marte. Rover-ul este însărcinat să pregătească probe care vor fi în cele din urmă returnate pe Pământ de o misiune echipajată, care se preconizează că va avea loc cândva în anii 2030.
