De Nysgjerrighet Rover har gjort noen utrolige funn i løpet av de fem årene den har operert på overflaten av Mars. Og i løpet av forskningen har roveren også tilegnet seg noen alvorlig kjørelengde. Imidlertid kom det absolutt overraskende da medlemmene av vitenskapsteamet Curiosity under en rutinemessige undersøkelse i 2013 bemerket at hjulene hadde fått rip i trinnene (etterfulgt av pauser rapportert i 2017).
Når vi ser på fremtiden, håper forskere ved NASAs Glenn Research Center å utstyre neste generasjons rovere med et nytt hjul. Det er basert på "Spring Tire", som NASA utviklet med Goodyear tilbake på midten av 2000-tallet. I stedet for å bruke spiralformede ståltråder vevd inn i et nettmønster (som var en del av den opprinnelige designen), har imidlertid et team av forskere fra NASA laget en mer holdbar og fleksibel versjon som kan revolusjonere romutforskningen.
Når det kommer helt ned til det, har Månen, Mars og andre kropper i solsystemet hardt, straffende terreng. Når det gjelder Månen, er hovedspørsmålet regolitten (alias Månestøv) som dekker størstedelen av overflaten. Dette fine støvet er i hovedsak taggete biter av måneberg som spiller ødeleggelse med motorer og maskinkomponenter. På Mars er situasjonen litt annerledes, med regolit og skarpe bergarter som dekker det meste av terrenget.
I 2013, etter bare et år på overflaten, begynte Curiosity rover-hjulene å vise tegn på slitasje på grunn av at det krysset uventet tøft terreng. Dette førte til at mange bekymret seg for at roveren ikke kunne klare å fullføre oppdraget. Det førte også til at mange ved NASAs Glenn Research Center vurderte et design de hadde arbeidet med nesten et tiår tidligere, som var ment for fornyede oppdrag til Månen.
For NASA Glenn har dekkutvikling vært et forskningsfokus i omtrent et tiår nå. I så måte vender de tilbake til en tidens ære tradisjon fra NASA-ingeniører og forskere, som begynte tilbake i Apollo-tiden. På den tiden evaluerte både de amerikanske og russiske romprogrammene flere dekkdesign for bruk på månens overflate. Totalt ble tre hovedutforminger foreslått.
Først hadde du hjulene spesielt designet for Lunokhod rover, et russisk kjøretøy hvis navn bokstavelig talt oversettes til “Moon Walker”. Hjulutformingen til denne roveren besto av åtte stive felg, nettingdekk som var koblet til akslene deres av eiker av sykkeltype. Det ble også montert metallstenger på utsiden av dekket for å sikre bedre trekkraft i månestøvet.
Så var det NASAs konsept for en modularisert utstyrstransporter (MET), som ble utviklet med støtte fra Goodyear. Denne ufordrevne vogna kom med to nitrogenfylte, glatte gummidekk for å gjøre det enklere å trekke vogna gjennom månejord og over steiner. Og så var det designet til Lunar Roving Vehicle (LRV), som var det siste kjøretøyet fra NASA som besøkte Månen.
Dette bemannede kjøretøyet, som Apollo-astronautene pleide å kjøre rundt på den utfordrende måneflaten, stolte på fire store, fleksible nettinghjul med stive innerrammer. På midten av 2000-tallet, da NASA begynte å planlegge å montere nye oppdrag til Månen (og fremtidige oppdrag til Mars), begynte de å revurdere LRV-dekket og inkorporere nye materialer og teknologier i designet.
Frukten til denne fornyede forskningen var Spring Tire, som var arbeidet til mekanisk forskningsingeniør Vivake Asnani, som samarbeidet tett med Goodyear for å utvikle den. Designet forlangte et luftløst, kompatibelt dekk som består av hundrevis av spiralformede ståltråder, som deretter ble vevd inn i et fleksibelt nett. Dette sikret ikke bare lett vekt, men ga også dekkene muligheten til å støtte høye belastninger mens de stemmer overens med terrenget.
For å se hvordan vårdekkene skulle klare seg på Mars, begynte ingeniører ved NASAs Glenn Research Center å teste dem i Slope-laboratoriet, der de løp dem gjennom en hinderløype som simulerte marsmiljøet. Mens dekkene generelt presterte bra i simulert sand, opplevde de problemer da trådnettet deformerte seg etter å ha passert over takkede bergarter.
For å adressere dette diskuterte Colin Creager og Santo Padua (henholdsvis en NASA-ingeniør og materialforsker) mulige alternativer. Med tiden var de enige om at ståltrådene skulle byttes ut med nikkel-titan, en formminneslegering som er i stand til å beholde sin form under tøffe forhold. Som Padua forklarte i et NASA Glenn-videosegment, var inspirasjonen til å bruke denne legeringen veldig serendipitøs:
”Jeg var nettopp over i bygningen her, der Slope-laboratoriet er. Og jeg var her for et annet møte for det arbeidet jeg gjør i formminneslegeringer, og jeg støter tilfeldigvis på Colin i salen. Og jeg var som "hva gjør du tilbake, og hvorfor er du ikke over på konsekvenslaboratoriet?" - fordi jeg kjente ham som student. Han sa: "Vel, jeg er ferdig uteksaminert, og jeg har jobbet her på heltid en stund ... Jeg jobber i Slope."
Til tross for at han jobbet i JPL i ti år, hadde Padua ikke sett Slope-laboratoriet før og takket ja til en invitasjon til å se hva de arbeidet med. Etter å ha kommet inn i laboratoriet og sett på vårdekkene de testet, spurte Padua om de hadde problemer med deformasjon. Da Creager innrømmet at de var det, foreslo Padua en løsning som tilfeldigvis var hans fagfelt.
"Jeg hadde aldri hørt om begrepet formminneslegeringer før, men jeg visste [Padua] var en ingeniør for materialvitenskap," sa Creager. Siden da har vi samarbeidet om disse dekkene ved å bruke materialkompetansen hans, spesielt i formminneslegeringer, for å komme frem til dette nye dekket som vi tror virkelig vil revolusjonere planetariske dekk og potensielt til og med dekk for jorden også. .”
Nøkkelen til å forme hukommelseslegeringer er atomstrukturen deres, som er satt sammen på en slik måte at materialet "husker" sin opprinnelige form og kan komme tilbake til det etter å ha blitt utsatt for deformasjon og belastning. Etter å ha bygget dekk til formminneslegering, sendte Glenn-ingeniørene det til Jet Propulsion Laboratory, hvor det ble testet i Mars Life Test Facility.
Totalt sett presterte dekkene ikke bare bra i simulert Martiansand, men tålte å gå over å straffe steinete utenfra. Selv etter at dekkene var deformert helt ned til akslene, klarte de å beholde sin opprinnelige form. De klarte også å gjøre dette mens de hadde en betydelig nyttelast, noe som er en annen forutsetning når de utvikler dekk til letekjøretøy og rovere.
Prioriteringene for Mars Spring Tire (MST) er å tilby større holdbarhet, bedre trekkraft i myk sand og lettere vekt. Som NASA indikerer på MST-nettstedet (en del av Glenn Research Center sin hjemmeside), er det tre store fordeler med å utvikle høykvalitets dekk som Spring Wheel:
Først vil de la rovere utforske større områder av overflaten enn det som er mulig i dag. For det andre, fordi de samsvarer med terrenget og ikke synker så mye som stive hjul, kan de bære tyngre nyttelast for samme gitt masse og volum. Til slutt, fordi de kompatible dekkene kan absorbere energi fra støt i moderate til høye hastigheter, kan de brukes på bemannede letekjøretøyer som forventes å bevege seg i hastigheter som er betydelig høyere enn dagens Mars-rover. "
Den første tilgjengelige muligheten til å teste ut disse dekkene er bare noen få år unna, når NASA er det Mars 2020 Rover vil bli sendt til overflaten av den røde planeten. Når den først er der, vil roveren plukke opp der Curiosity og andre rovere har sluttet, og lete etter tegn på liv i Mars 'tøffe miljø. Roveren får også i oppgave å klargjøre prøver som etter hvert vil bli returnert til Jorden av et besetningsoppdrag, som forventes å finne sted en gang på 2030-tallet.
