Любопытство Ровер сделал несколько невероятных открытий за пять лет работы на поверхности Марса. И в ходе проведения исследований марсоход также набрал серьезный пробег. Тем не менее, это, безусловно, стало неожиданностью, когда во время рутинных экзаменов в 2013 году члены научной группы Curiosity отметили, что у его колес были трещины на ступенях (после чего в 2017 году были зафиксированы поломки).
Заглядывая в будущее, исследователи из Исследовательского центра Гленна НАСА надеются оснастить вездеходы нового поколения новым колесом. Он основан на «Spring Tire», которую НАСА разработало совместно с Goodyear еще в середине 2000-х годов. Однако вместо того, чтобы использовать спиральные стальные проволоки, сплетенные в сетчатый узор (который был частью оригинального дизайна), команда ученых НАСА создала более прочную и гибкую версию, которая могла бы революционизировать освоение космоса.
Когда дело доходит до него, Луна, Марс и другие тела в Солнечной системе имеют суровую, суровую местность. В случае Луны основной проблемой является реголит (он же лунная пыль), который покрывает большую часть его поверхности. Эта мелкая пыль представляет собой по сути зубчатые куски лунного камня, которые разрушают двигатели и компоненты машин. На Марсе ситуация несколько иная: реголит и острые камни покрывают большую часть местности.
В 2013 году, спустя всего год, на колесах вездехода Curiosity стали появляться следы износа из-за неожиданно пересеченной местности. Это заставило многих беспокоиться о том, что марсоход не сможет выполнить свою миссию. Это также побудило многих в Научно-исследовательском центре Гленна при НАСА пересмотреть проект, над которым они работали почти десятилетие назад, который был предназначен для новых миссий на Луну.
Для НАСА Гленн разработка шин была предметом исследований уже около десяти лет. В этом отношении они возвращаются к давней традиции инженеров и ученых НАСА, которая началась еще в эпоху Аполлона. В то время как американские, так и российские космические программы оценивали конструкцию нескольких шин для использования на лунной поверхности. В целом было предложено три основных проекта.
Во-первых, у вас были колеса, специально разработанные для Lunokhod Rover, российского автомобиля, название которого буквально переводится как «Moon Walker». Конструкция колеса для этого ровера состояла из восьми жестких дисков с проволочной сеткой, которые были соединены с осями велосипедными спицами. Металлические зажимы были также установлены на внешней стороне шины, чтобы обеспечить лучшее сцепление с лунной пылью.
Затем была концепция НАСА для Modularized Equipment Transporter (MET), которая была разработана при поддержке Goodyear. Эта тележка без двигателя шла с двумя заполненными азотом гладкими резиновыми шинами, чтобы было легче тянуть тележку через лунную почву и по камням. А затем был проект Лунного передвижного корабля (LRV), который был последним кораблем НАСА, посетившим Луну.
Это транспортное средство с экипажем, на котором астронавты Аполлона ездили по сложной лунной поверхности, опиралось на четыре больших гибких колеса из проволочной сетки с жесткими внутренними рамами. В середине 2000-х годов, когда НАСА начало планировать установку новых миссий на Луну (и будущих миссий на Марс), они начали пересматривать шину LRV и включать новые материалы и технологии в проект.
Плодом этого нового исследования стала Spring Tire, работа над которой была проведена инженером-механиком Виваке Аснани, который тесно сотрудничал с Goodyear для его разработки. Конструкция предусматривала создание безвоздушной, гибкой шины, состоящей из сотен витых стальных проволок, которые затем были сплетены в гибкую сетку. Это не только гарантировало легкий вес, но и давало шинам способность выдерживать высокие нагрузки в соответствии с местностью.
Чтобы увидеть, как Spring Tire будет жить на Марсе, инженеры из исследовательского центра Гленна НАСА начали тестировать их в лаборатории Slope, где они пробежали по полосе препятствий, имитирующих марсианскую среду. В то время как шины в целом хорошо себя зарекомендовали в смоделированном песке, они испытывали проблемы, когда проволочная сетка деформировалась после прохождения по зазубренным камням.
Чтобы решить эту проблему, Колин Кригер и Санто Падуя (соответственно, инженер НАСА и материаловед) обсудили возможные альтернативы. Со временем они согласились, что стальные проволоки следует заменить никель-титановым сплавом с памятью формы, способным сохранять свою форму в тяжелых условиях. Как объяснил Падуя в видео-сегменте NASA Glenn, вдохновение для использования этого сплава было очень счастливым:
«Я просто оказался в здании, где находится лаборатория Склон. И я был здесь для другой встречи из-за работы, которую я выполняю в сплавах с памятью формы, и я случайно столкнулся с Колином в зале. И я подумал: «Что ты делаешь в ответ и почему ты не в лаборатории воздействия?» - потому что я знал его как студента. Он сказал: «Ну, я закончил, и некоторое время я работаю здесь полный рабочий день… Я работаю в Склоне».
Несмотря на то, что Падуя проработал в JPL десять лет, он ранее не посещал лабораторию Slope и принял приглашение посмотреть, над чем они работают. Войдя в лабораторию и посмотрев на тестируемые ими пружинные шины, Падуя спросил, не испытывают ли они проблем с деформацией. Когда Креагер признал, что это так, Падуя предложил решение, которое оказалось его областью знаний.
«Я никогда раньше не слышал о термине сплавы с памятью формы, но я знал, что [Падуя] был инженером-материаловедом», - сказал Креагер. «И так, с тех пор мы сотрудничаем над этими шинами, используя его экспертизу материалов, особенно в области сплавов с памятью формы, для создания этой новой шины, которая, по нашему мнению, действительно произведет революцию в шинах планетарного ровера и, возможно, даже в шинах для Земли». «.
Ключом к сплавам с памятью формы является их атомная структура, которая собрана таким образом, что материал «запоминает» свою первоначальную форму и может вернуться к ней после воздействия деформации и деформации. После создания шины из сплава с памятью формы инженеры Glenn отправили ее в Лабораторию реактивного движения, где она была испытана на испытательном стенде Mars Life.
В целом, шины не только показывали хорошие результаты в смоделированном марсианском песке, но и могли без проблем выдерживать прохождение через скалистые уступы. Даже после того, как шины были полностью деформированы вплоть до их осей, они смогли сохранить свою первоначальную форму. Им также удалось это сделать, имея при этом значительную полезную нагрузку, что является еще одной предпосылкой при разработке шин для исследовательских транспортных средств и роверов.
Приоритеты для Mars Spring Tire (MST) - обеспечить большую долговечность, лучшее сцепление с мягким песком и меньший вес. Как указывает НАСА на веб-сайте MST (часть веб-сайта Исследовательского центра Гленна), у разработки высокопроизводительных шин, таких как Spring Wheel, есть три основных преимущества:
«Во-первых, они позволят роверам исследовать большие области поверхности, чем это возможно в настоящее время. Во-вторых, поскольку они соответствуют рельефу местности и не тонут так сильно, как жесткие колеса, они могут нести более тяжелые полезные нагрузки при той же заданной массе и объеме. Наконец, поскольку соответствующие шины могут поглощать энергию от ударов на умеренных и высоких скоростях, их можно использовать на разведывательных машинах с экипажем, которые, как ожидается, будут двигаться со скоростями, значительно превышающими современные марсоходы Mars ».
Первая доступная возможность испытать эти шины через несколько лет, когда НАСА Марс 2020 Ровер будет отправлен на поверхность Красной планеты. Оказавшись там, марсоход встретит там, где остановились Curiosity и другие марсоходы, в поисках признаков жизни в суровых условиях Марса. Перед марсоходом также возложена задача подготовки образцов, которые в конечном итоге будут возвращены на Землю с помощью миссии с экипажем, которая, как ожидается, состоится в 2030-х годах.
