Các Rover tò mò đã thực hiện một số khám phá đáng kinh ngạc trong năm năm nó đã hoạt động trên bề mặt Sao Hỏa. Và trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình, rover cũng đã tích lũy được một số dặm nghiêm trọng. Tuy nhiên, nó chắc chắn đã gây bất ngờ khi trong một kỳ kiểm tra định kỳ vào năm 2013, các thành viên của nhóm khoa học Curiosity lưu ý rằng bánh xe của nó đã bị xé toạc trong lốp xe của họ (tiếp theo là các báo cáo trong năm 2017).
Nhìn về tương lai, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm nghiên cứu NASA Glenn hy vọng sẽ trang bị cho máy bay thế hệ tiếp theo một bánh xe mới. Nó dựa trên cơ sở của Spring Spring, được NASA phát triển với Goodyear vào giữa những năm 2000. Tuy nhiên, thay vì sử dụng dây thép cuộn được dệt thành mô hình lưới (là một phần của thiết kế ban đầu), một nhóm các nhà khoa học của NASA đã tạo ra một phiên bản bền hơn và linh hoạt hơn có thể cách mạng khám phá không gian.
Khi đến ngay bên dưới nó, Mặt trăng, Sao Hỏa và các vật thể khác trong Hệ Mặt trời có địa hình khắc nghiệt, trừng phạt. Trong trường hợp của Mặt trăng, vấn đề chính là regolith (hay còn gọi là bụi Mặt trăng) bao phủ phần lớn bề mặt của nó. Bụi mịn này về cơ bản là những mảnh lởm chởm của đá mặt trăng chơi tàn phá với động cơ và linh kiện máy móc. Trên sao Hỏa, tình hình hơi khác một chút, với đá tảng và đá sắc nhọn bao phủ hầu hết địa hình.
Vào năm 2013, chỉ sau một năm trên bề mặt, bánh xe Curiosity rover đã bắt đầu có dấu hiệu hao mòn do nó vượt qua địa hình khắc nghiệt bất ngờ. Điều này khiến nhiều người lo lắng rằng người đi lang thang có thể không thể hoàn thành nhiệm vụ của mình. Nó cũng khiến nhiều người tại Trung tâm nghiên cứu NASA Glenn của NASA xem xét lại một thiết kế mà họ đã thực hiện trong gần một thập kỷ trước đó, nhằm mục đích đổi mới các nhiệm vụ lên Mặt trăng.
Đối với NASA Glenn, phát triển lốp xe là một trọng tâm nghiên cứu trong khoảng một thập kỷ nay. Về mặt này, họ đang trở lại với một truyền thống lâu đời của các kỹ sư và nhà khoa học của NASA, bắt đầu từ thời Apollo. Vào thời điểm đó, cả hai chương trình không gian của Mỹ và Nga đều đang đánh giá nhiều thiết kế lốp xe để sử dụng trên bề mặt mặt trăng. Nhìn chung, ba thiết kế chính đã được đề xuất.
Đầu tiên, bạn có những bánh xe được thiết kế đặc biệt cho rover Lunokhod, một chiếc xe của Nga có tên theo nghĩa đen là Dịch Moon Walker Walker. Thiết kế bánh xe cho chiếc rover này bao gồm tám lốp xe có vành cứng, được nối với trục của chúng bằng nan hoa kiểu xe đạp. Các rãnh kim loại cũng được gắn ở bên ngoài lốp để đảm bảo lực kéo tốt hơn trong bụi mặt trăng.
Sau đó, đã có khái niệm NASA NASA cho một Công cụ vận chuyển thiết bị mô đun (MET), được phát triển với sự hỗ trợ của Goodyear. Xe đẩy không có sức mạnh này đi kèm với hai lốp cao su mịn, chứa đầy nitơ để giúp kéo xe qua đất mặt trăng và trên đá dễ dàng hơn. Và sau đó là thiết kế cho Lunar Roving Vehicle (LRV), đây là phương tiện cuối cùng của NASA đến thăm Mặt trăng.
Chiếc xe phi hành đoàn này, mà các phi hành gia Apollo từng lái trên bề mặt mặt trăng đầy thách thức, đã dựa vào bốn bánh xe lưới thép lớn, linh hoạt với khung bên trong cứng. Vào giữa những năm 2000, khi NASA bắt đầu lên kế hoạch gắn các nhiệm vụ mới lên Mặt trăng (và các nhiệm vụ tương lai lên Sao Hỏa), họ bắt đầu đánh giá lại lốp LRV và kết hợp các vật liệu và công nghệ mới vào thiết kế.
Thành quả của nghiên cứu mới này là Spring Tyre, là công trình của kỹ sư nghiên cứu cơ khí Vivake Asnani, người đã làm việc chặt chẽ với Goodyear để phát triển nó. Thiết kế này đòi hỏi một chiếc lốp không săm, tuân thủ được tạo thành từ hàng trăm dây thép cuộn, sau đó được dệt thành một lưới linh hoạt. Điều này không chỉ đảm bảo trọng lượng nhẹ, mà còn cho lốp xe khả năng hỗ trợ tải trọng cao trong khi phù hợp với địa hình.
Để xem Spring Tyre có giá như thế nào trên Sao Hỏa, các kỹ sư tại Trung tâm Nghiên cứu NASA Glenn bắt đầu thử nghiệm chúng trong phòng thí nghiệm Slope, nơi họ chạy chúng qua một chướng ngại vật mô phỏng môi trường Sao Hỏa. Mặc dù lốp xe hoạt động tốt trong cát mô phỏng, nhưng chúng gặp vấn đề khi lưới thép bị biến dạng sau khi đi qua những tảng đá lởm chởm.
Để giải quyết vấn đề này, Colin Creager và Santo Padua (một kỹ sư và nhà khoa học vật liệu của NASA, tương ứng) đã thảo luận về các lựa chọn thay thế có thể. Theo thời gian, họ đã đồng ý các dây thép nên được thay thế bằng niken titan, một hợp kim bộ nhớ hình dạng có khả năng giữ lại hình dạng của nó trong điều kiện khắc nghiệt. Như Padua đã giải thích trong một đoạn video của NASA Glenn, nguồn cảm hứng để sử dụng hợp kim này rất tình cờ:
Tôi chỉ tình cờ ở trong tòa nhà ở đây, nơi có phòng thí nghiệm Slope. Và tôi đã kết thúc ở đây cho một cuộc họp khác cho công việc mà tôi làm trong hợp kim bộ nhớ hình dạng, và tôi tình cờ gặp Colin trong hội trường. Và tôi giống như "bạn đang làm gì trở lại và tại sao bạn lại gặp bạn trong phòng thí nghiệm tác động? Vì - tôi biết anh ấy là một học sinh. Anh ta nói, ‘tốt, tôi đã tốt nghiệp, và tôi đã làm việc ở đây toàn thời gian cho một lúc tôi làm việc ở Slope.
Mặc dù đã làm việc tại JPL trong mười năm, Padua đã không thấy phòng thí nghiệm Slope trước đó và chấp nhận lời mời để xem những gì họ đang làm việc. Sau khi vào phòng thí nghiệm và nhìn vào Lốp xe mùa xuân mà họ đang thử nghiệm, Padua hỏi họ có gặp vấn đề với biến dạng không. Khi Creager thừa nhận rằng họ là như vậy, Padua đã đề xuất một giải pháp tình cờ là lĩnh vực chuyên môn của ông.
Creager cho biết, trước đây tôi chưa bao giờ nghe về thuật ngữ hợp kim bộ nhớ hình dạng, nhưng tôi biết [Padua] là một kỹ sư khoa học vật liệu, ông Creager nói. Vì vậy, kể từ đó, chúng tôi đã hợp tác với những chiếc lốp này bằng chuyên môn vật liệu của anh ấy, đặc biệt là hợp kim bộ nhớ hình dạng, để đưa ra loại lốp mới này mà chúng tôi nghĩ rằng sẽ thực sự cách mạng hóa lốp xe hành tinh và thậm chí cả lốp cho Trái đất nữa. .
Chìa khóa để định hình các hợp kim bộ nhớ là cấu trúc nguyên tử của chúng, được lắp ráp theo cách mà vật liệu này ghi nhớ hình dạng ban đầu của nó và có thể quay trở lại sau khi bị biến dạng và biến dạng. Sau khi chế tạo lốp hợp kim bộ nhớ hình dạng, các kỹ sư của Glenn đã gửi nó đến Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực, nơi nó được thử nghiệm trong Cơ sở thử nghiệm cuộc sống trên sao Hỏa.
Nhìn chung, lốp xe không chỉ hoạt động tốt trên cát sao Hỏa mô phỏng, mà còn có thể chịu được việc vượt qua các hình phạt đá nhô ra mà không gặp khó khăn. Ngay cả sau khi lốp xe bị biến dạng xuống tận trục, chúng vẫn có thể giữ được hình dạng ban đầu. Họ cũng quản lý để làm điều này trong khi mang một trọng tải đáng kể, đó là một điều kiện tiên quyết khác khi phát triển lốp xe cho các phương tiện thám hiểm và động cơ.
Các ưu tiên của Mars Spring Tyre (MST) là mang lại độ bền cao hơn, lực kéo tốt hơn trên cát mềm và trọng lượng nhẹ hơn. Như NASA chỉ ra trên trang web MST (một phần của trang web Glenn Research Center), có ba lợi ích chính để phát triển lốp xe tuân thủ hiệu suất cao như Spring Wheel:
Trước tiên, họ sẽ cho phép các tay đua khám phá các khu vực lớn hơn trên bề mặt so với hiện tại. Thứ hai, vì chúng phù hợp với địa hình và không chìm nhiều như bánh xe cứng, chúng có thể mang trọng tải nặng hơn cho cùng một khối lượng và khối lượng nhất định. Cuối cùng, vì lốp xe tuân thủ có thể hấp thụ năng lượng từ các tác động ở tốc độ trung bình đến cao, nên chúng có thể được sử dụng trên các phương tiện thám hiểm phi hành đoàn dự kiến sẽ di chuyển với tốc độ cao hơn đáng kể so với các động cơ sao Hỏa hiện tại.
Cơ hội có sẵn đầu tiên để kiểm tra những chiếc lốp này chỉ còn vài năm nữa, khi NASA Mars 2020 Rover sẽ được gửi đến bề mặt của Hành tinh Đỏ. Khi đó, rover sẽ chọn nơi Curiosity và các rovers khác đã rời đi, tìm kiếm dấu hiệu của sự sống trong môi trường khắc nghiệt của Mars Mars. Rover cũng được giao nhiệm vụ chuẩn bị các mẫu cuối cùng sẽ được đưa trở lại Trái đất bởi một nhiệm vụ phi hành đoàn, dự kiến sẽ diễn ra vào khoảng những năm 2030.
