De næste Mars Rovers-hjul vil ikke blive revet fra hinanden

Curiosity-roveren har gjort nogle utrolige opdagelser i løbet af de fem år, den har opereret på Mars' overflade. Og i løbet af sin forskning, roveren har også opnået nogle alvorlige kilometertal. Imidlertid, det kom bestemt som en overraskelse, da man under en rutineundersøgelse i 2013, medlemmer af Curiosity videnskabsteamet bemærkede, at dets hjul havde fået rifter i deres slidbaner (efterfulgt af pauser rapporteret i 2017).

Ser på fremtiden, forskere ved NASAs Glenn Research Center håber på at udstyre næste generations rovere med et nyt hjul. Det er baseret på "Forårsdækket", som NASA udviklede sammen med Goodyear tilbage i midten af ​​2000'erne. Imidlertid, i stedet for at bruge oprullede ståltråde vævet ind i et mesh-mønster (som var en del af det originale design) har et hold af NASA-forskere skabt en mere holdbar og fleksibel version, som kunne revolutionere rumudforskningen.

Når det kommer helt til stykket, månen, Mars, og andre kroppe i solsystemet har hårde, straffe terræn. I tilfældet med månen, hovedproblemet er regolitten (alias månestøv), som dækker størstedelen af ​​dens overflade. Dette fine støv er i det væsentlige takkede stykker af månesten, som ødelægger motorer og maskinkomponenter. På Mars, situationen er lidt anderledes, med regolit og skarpe sten, der dækker det meste af terrænet.

I 2013 efter blot et år på overfladen, Curiosity roverens hjul begyndte at vise tegn på slid, fordi den krydsede uventet barsk terræn. Dette fik mange til at bekymre sig om, at roveren måske ikke var i stand til at fuldføre sin mission. Det fik også mange på NASAs Glenn Research Center til at genoverveje et design, de havde arbejdet på næsten et årti før, som var beregnet til fornyede missioner til månen.

For NASA Glenn, dækudvikling har været et fokus for forskning i omkring et årti nu. I denne henseende, de vender tilbage til en hævdvunden tradition for NASA-ingeniører og videnskabsmænd, som begyndte tilbage i Apollo-tiden. På det tidspunkt, både de amerikanske og russiske rumprogrammer evaluerede flere dækdesigns til brug på månens overflade. Samlet set, tre store designs blev foreslået.

Først, du havde hjulene specielt designet til Lunokhod rover, et russisk køretøj, hvis navn bogstaveligt oversættes til "moon Walker". Hjuldesignet til denne rover bestod af otte stive fælg, trådnet dæk, der var forbundet til deres aksler med cykel-eger. Der blev også monteret metalklopper på ydersiden af ​​dækket for at sikre bedre trækkraft i månestøvet.

Så var der NASAs koncept for en Modularized Equipment Transporter (MET), som er udviklet med støtte fra Goodyear. Denne udrevne vogn kom med to nitrogenfyldte, glatte gummidæk for at gøre det nemmere at trække vognen gennem månejord og over sten. Og så var der designet til Lunar Roving Vehicle (LRV), som var det sidste NASA-fartøj, der besøgte månen.

Dette bemandede køretøj, som Apollo-astronauter brugte til at køre rundt på den udfordrende måneoverflade, påberåbt sig fire store, fleksible trådnethjul med stive indvendige rammer. I midten af ​​2000'erne, da NASA begyndte at planlægge nye missioner til månen (og fremtidige missioner til Mars), de begyndte at revurdere LRV-dækket og indarbejde nye materialer og teknologier i designet.

Frugten af ​​denne fornyede forskning var forårsdækket, som var arbejdet af mekanisk forskningsingeniør Vivake Asnani, som arbejdede tæt sammen med Goodyear for at udvikle det. Designet krævede en luftløs, kompatibelt dæk bestående af hundredvis af oprullede ståltråde, som derefter blev vævet ind i et fleksibelt net. Dette sikrede ikke kun lav vægt, men gav også dækkene evnen til at understøtte høje belastninger, mens de tilpassede sig terrænet.

For at se, hvordan forårsdækket ville klare sig på Mars, ingeniører ved NASAs Glenn Research Center begyndte at teste dem i Slope-laboratoriet, hvor de løb dem gennem en forhindringsbane, der simulerede Mars-miljøet. Mens dækkene generelt klarede sig godt i simuleret sand, de oplevede problemer, da trådnettet deformerede sig efter at have passeret over takkede sten.

For at løse dette, Colin Creager og Santo Padua (en NASA-ingeniør og materialeforsker, hhv.) diskuterede mulige alternativer. I tide, de blev enige om, at ståltrådene skulle udskiftes med nikkel titanium, en formhukommelseslegering, der er i stand til at bevare sin form under hårde forhold. Som Padua forklarede i et NASA Glenn-videosegment, inspirationen til at bruge denne legering var meget serendipit:

"Jeg var lige tilfældigvis ovre i bygningen her, hvor Slope lab er. Og jeg var her til et anderledes møde for det arbejde, jeg laver i formhukommelseslegeringer, og jeg støder på Colin i hallen. Og jeg tænkte:"hvad laver du tilbage, og hvorfor er du ikke ovre i virkningslaboratoriet?" – fordi jeg kendte ham som elev. Han sagde, 'godt, Jeg er færdiguddannet, og jeg har arbejdet her på fuld tid i et stykke tid... Jeg arbejder i Slope."

Trods arbejdet hos JPL i 10 år, Padua havde ikke set Slope-laboratoriet før og tog imod en invitation til at se, hvad de arbejdede med. Efter at have gået ind i laboratoriet og set på de fjederdæk, de testede, Padua spurgte, om de havde problemer med deformation. Da Creager indrømmede, at de var, Padua foreslog en løsning, som tilfældigvis var hans ekspertiseområde.

"Jeg havde aldrig hørt om udtrykket formhukommelseslegeringer før, men jeg vidste, at [Padua] var en materialevidenskabsingeniør, " sagde Creager. "Og så, siden da har vi samarbejdet om disse dæk ved hjælp af hans materialeekspertise, især i formhukommelseslegeringer, at komme med dette nye dæk, som vi tror virkelig vil revolutionere planetariske roverdæk og potentielt endda dæk til Jorden."

Nøglen til at forme hukommelseslegeringer er deres atomare struktur, som er samlet på en sådan måde, at materialet "husker" sin oprindelige form og er i stand til at vende tilbage til det efter at være blevet udsat for deformation og belastning. Efter at have bygget formhukommelsesdækket, Glenn-ingeniørerne sendte det til Jet Propulsion Laboratory, hvor det blev testet i Mars Life Test Facility.

Samlet set, dækkene klarede sig ikke kun godt i simuleret marsand, men var i stand til at tåle at gå over at straffe klippefremspring uden besvær. Selv efter at dækkene var deformeret helt ned til deres aksler, de var i stand til at bevare deres oprindelige form. De formåede også at gøre dette, mens de bar en betydelig nyttelast, hvilket er en anden forudsætning ved udvikling af dæk til efterforskningskøretøjer og rovere.

Prioriteterne for Mars Spring Tire (MST) er at tilbyde større holdbarhed, bedre trækkraft i blødt sand, og lettere vægt. Som NASA angiver på MST-webstedet (en del af Glenn Research Centers websted), der er tre store fordele ved at udvikle højtydende kompatible dæk som Spring Wheel:

"Først, de ville give rovere mulighed for at udforske større områder af overfladen, end det er muligt i øjeblikket. For det andet fordi de tilpasser sig terrænet og ikke synker så meget som stive hjul, de kan bære tungere nyttelast for samme givne masse og volumen. Til sidst, fordi de kompatible dæk kan absorbere energi fra stød ved moderate til høje hastigheder, de kan bruges på bemandede efterforskningskøretøjer, som forventes at bevæge sig med hastigheder, der er væsentligt højere end de nuværende Mars-rovere."

Den første tilgængelige mulighed for at teste disse dæk er blot et par år væk, når NASAs Mars 2020 Rover vil blive sendt til overfladen af ​​den røde planet. Når først der, roveren fortsætter, hvor Curiosity og andre rovere slap, søger efter tegn på liv i Mars' barske miljø. Roveren har også til opgave at forberede prøver, der til sidst vil blive returneret til Jorden af ​​en bemandet mission, som forventes at finde sted engang i 2030'erne.