The Łazik ciekawości dokonał niesamowitych odkryć w ciągu pięciu lat swojej działalności na powierzchni Marsa. W trakcie przeprowadzania badań łazik osiągnął również poważny przebieg. Jednak z pewnością zaskoczyło to, gdy podczas rutynowych badań w 2013 r. Członkowie zespołu naukowego Curiosity zauważyli, że koła miały pęknięcia w bieżnikach (po czym nastąpiły przerwy w 2017 r.).
Patrząc w przyszłość, naukowcy z NASA Glenn Research Center mają nadzieję wyposażyć łaziki nowej generacji w nowe koło. Opiera się na „Spring Tire”, którą NASA opracowała wraz z Goodyearem w połowie 2000 roku. Jednak zamiast używać zwiniętych drutów stalowych wplecionych we wzór siatki (co było częścią oryginalnego projektu) zespół naukowców z NASA stworzył bardziej trwałą i elastyczną wersję, która może zrewolucjonizować eksplorację kosmosu.
Jeśli chodzi o to, Księżyc, Mars i inne ciała w Układzie Słonecznym mają trudny, karliwy teren. W przypadku Księżyca głównym problemem jest regolit (inaczej pył księżycowy), który pokrywa większość jego powierzchni. Ten drobny pył jest zasadniczo postrzępionymi kawałkami księżycowej skały, które sieją spustoszenie w silnikach i częściach maszyn. Na Marsie sytuacja jest nieco inna - regolit i ostre skały pokrywają większość terenu.
W 2013 r., Po zaledwie roku na powierzchni, koła łazika Curiosity zaczęły wykazywać oznaki zużycia, ponieważ pokonywał nieoczekiwanie trudny teren. Doprowadziło to wielu do obaw, że łazik może nie być w stanie ukończyć swojej misji. Doprowadziło to również wielu w Glenn Research Center NASA do ponownego przemyślenia projektu, nad którym pracowali prawie dekadę wcześniej, który był przeznaczony do wznowienia misji na Księżyc.
Dla NASA Glenn rozwój opon jest przedmiotem badań od około dekady. Pod tym względem wracają do uświęconej tradycji inżynierów i naukowców NASA, która rozpoczęła się w erze Apollo. W tym czasie zarówno amerykański, jak i rosyjski program kosmiczny oceniali wiele projektów opon do użytku na powierzchni Księżyca. Ogólnie zaproponowano trzy główne projekty.
Po pierwsze, miałeś koła specjalnie zaprojektowane dla łazika Lunokhod, rosyjskiego pojazdu, którego nazwa dosłownie tłumaczy się na „Moon Walker”. Konstrukcja koła dla tego łazika składała się z ośmiu opon o sztywnych obręczach z siatki drucianej, które zostały połączone z osiami za pomocą szprych rowerowych. Metalowe korki zostały również zamontowane na zewnętrznej stronie opony, aby zapewnić lepszą przyczepność w pyle księżycowym.
Potem pojawiła się koncepcja NASA dotycząca transportu modułowego sprzętu (MET), która została opracowana przy wsparciu Goodyear. Ten nie napędzany wózek był wyposażony w dwie gładkie gumowe opony wypełnione azotem, aby ułatwić przeciąganie wózka przez księżycową ziemię i skały. Potem pojawił się projekt LRAR Roving Vehicle (LRV), który był ostatnim pojazdem NASA odwiedzającym Księżyc.
Ten załogowy pojazd, którym astronauci Apollo jeździli po trudnej powierzchni księżycowej, polegał na czterech dużych, elastycznych kołach z siatki drucianej ze sztywnymi ramami wewnętrznymi. W połowie 2000 roku, kiedy NASA zaczęła planować montaż nowych misji na Księżycu (i przyszłych misji na Marsa), zaczęła ponownie oceniać oponę LRV i włączać nowe materiały i technologie do projektu.
Owocem tych odnowionych badań była opona wiosenna, która była dziełem inżyniera badań mechanicznych Vivake Asnani, który ściśle współpracował z Goodyear nad jej opracowaniem. Projekt wymagał zastosowania bezpowietrznej, zgodnej opony, składającej się z setek zwiniętych stalowych drutów, które zostały następnie wplecione w elastyczną siatkę. Zapewniło to nie tylko niewielką masę, ale także dało oponom zdolność do wytrzymywania dużych obciążeń podczas dostosowywania się do terenu.
Aby zobaczyć, jak wypadnie opona wiosenna na Marsie, inżynierowie z NASA Glenn Research Center rozpoczęli testowanie ich w laboratorium Slope, gdzie poprowadzili ich przez tor przeszkód symulujący środowisko marsjańskie. Podczas gdy opony osiągały dobre wyniki w symulowanym piasku, napotykały problemy, gdy siatka druciana odkształcała się po przejściu przez poszarpane skały.
Aby rozwiązać ten problem, Colin Creager i Santo Padua (odpowiednio inżynier NASA i materiałoznawca) omówili możliwe alternatywy. Z czasem uzgodnili, że druty stalowe powinny zostać zastąpione niklem tytanem, stopem z pamięcią kształtu, który jest w stanie zachować swój kształt w trudnych warunkach. Jak wyjaśniła Padwa w segmencie wideo NASA Glenn, inspiracja do zastosowania tego stopu była bardzo nieoczekiwana:
„Zdarzyło mi się być tutaj w budynku, w którym znajduje się laboratorium Slope. Byłem tu na innym spotkaniu w sprawie pracy nad stopami z pamięcią kształtu i przypadkiem wpadłem na Colina w hali. I pomyślałem: „co robisz z powrotem i dlaczego nie jesteś w laboratorium uderzeniowym?” - ponieważ znałem go jako ucznia. Powiedział: „Cóż, skończyłem szkołę i pracuję tu na pełny etat przez jakiś czas… Pracuję w Slope”.
Pomimo pracy w JPL przez dziesięć lat, Padwa nie widziała wcześniej laboratorium Slope i przyjęła zaproszenie, aby zobaczyć, nad czym pracują. Po wejściu do laboratorium i spojrzeniu na testowane przez siebie opony wiosenne Padwa zapytał, czy mają problemy z deformacją. Kiedy Creager przyznał, że tak, Padwa zaproponowała rozwiązanie, które akurat było jego specjalizacją.
„Nigdy wcześniej nie słyszałem o stopach z pamięcią kształtu, ale wiedziałem, że [Padwa] jest inżynierem inżynierii materiałowej” - powiedział Creager. „Od tego czasu współpracujemy przy tych oponach, wykorzystując jego wiedzę specjalistyczną w zakresie materiałów, zwłaszcza stopów z pamięcią kształtu, aby opracować tę nową oponę, która naszym zdaniem naprawdę zrewolucjonizuje opony planetarnych łazików, a potencjalnie nawet opony dla Ziemi . ”
Kluczem do stopów z pamięcią kształtu jest ich struktura atomowa, która jest złożona w taki sposób, że materiał „zapamiętuje” swój pierwotny kształt i jest w stanie powrócić do niego po poddaniu go odkształceniu i odkształceniu. Po zbudowaniu opony ze stopu z pamięcią kształtu inżynierowie z Glenn wysłali ją do Jet Propulsion Laboratory, gdzie przetestowano ją w Mars Life Test Facility.
Ogólnie rzecz biorąc, opony nie tylko spisały się dobrze na symulowanym marsjańskim piasku, ale były w stanie wytrzymać bez trudu pokonanie kamienistych odłamków. Nawet po odkształceniu opon aż do osi, były w stanie zachować swój pierwotny kształt. Udało im się to również przy dużej ładowności, co jest kolejnym warunkiem opracowania opon do pojazdów badawczych i łazików.
Priorytetami opon wiosennych Mars (MST) są: większa trwałość, lepsza przyczepność na miękkim piasku i mniejsza waga. Jak wskazuje NASA na stronie internetowej MST (część witryny Glenn Research Center), istnieją trzy główne korzyści z opracowania opon o wysokich osiągach, takich jak Spring Wheel:
„Po pierwsze, pozwoliłyby łazikom eksplorować większe obszary powierzchni niż jest to obecnie możliwe. Po drugie, ponieważ dostosowują się do ukształtowania terenu i nie opadają tak mocno jak sztywne koła, mogą przenosić cięższe ładunki o tej samej danej masie i objętości. Wreszcie, ponieważ zgodne opony mogą pochłaniać energię uderzeń przy umiarkowanych do dużych prędkościach, można je stosować w załogowych pojazdach eksploracyjnych, które powinny poruszać się z prędkością znacznie wyższą niż obecne łaziki marsjańskie. ”
Pierwsza dostępna okazja do przetestowania tych opon jest już za kilka lat, kiedy to NASA Łazik Mars 2020 zostanie wysłany na powierzchnię Czerwonej Planety. Tam łazik odbierze miejsce, w którym zakończyła się ciekawość i inne łaziki, szukając oznak życia w trudnych warunkach Marsa. Zadaniem łazika jest również przygotowanie próbek, które ostatecznie zostaną zwrócone na Ziemię przez misję z załogą, która ma się odbyć w latach 30. XX wieku.
