W NASA opracowali opony z efektem pamięci dla nowego łazika marsjańskiego

W czasie swojego pięcioletniego pobytu na Czerwonej planecie łazik "Curiousity" wykonał ogromną pracę naukową i popełnił sporo ciekawych odkryć naukowych. I za to wszystko czas pracy marsa laboratorium naukowym, oczywiście, musiałem sporo pojeździć na powierzchni naszego planetarnego sąsiada. Jednak w 2013 roku, podczas rutynowej kontroli zespół sterowania Curiousity" była bardzo zaskoczona fakt, że wszystkie sześć kół łazika mają różne uszkodzenia, w tym i takie, jak na obrazku poniżej.

Zdając sobie sprawę, że przyszły łazik, który zamierzają wysłać na Czerwoną planetę w połowie roku 2020 można oczekiwać, że podobne problemy, zespół inżynierów z centrum badań Glenna (NASA) zdecydowała się opracować nowy rodzaj kół.

Start, być może, warto się z tym, że konstrukcja nowych kół opiera się na wcześniejszym prototypie Spring Tire – безвоздушных oponach, opracowanych przez firmę Goodyear we współpracy z NASA w połowie 2000 roku. Co ciekawe, pierwotny wariant takich безвоздушных opon po raz pierwszy pojawił się jeszcze wcześniej – w brodatych 70-tych i ponownie w wyniku współpracy Goodyear i NASA. Jednak w nowych oponach zamiast пружинно-drucianej konstrukcji, stosowane w oryginalnych modelach, zespół z NASA postanowiła zastosować bardziej wytrzymałą i elastyczną konstrukcję.

Księżyc, Mars i inne planety układu Słonecznego mają bardzo niechętnym, surowym krajobrazem. W przypadku Księżyca podstawowy problem tworzy regolith, obejmujące praktycznie całą powierzchnię satelity. Ten drobny pył stanowi pozostały grunt, który jest produktem wietrzenia kosmicznego rasy i jest w stanie z łatwością uszkodzić części mechaniczne pojazdu. Na Marsie sytuację trudno nazwać prościej: tam duża część powierzchni pokryta jest nie tylko реголитом, ale jeszcze i małymi ostrymi kamieniami, które z łatwością mogą przeciąć nawet żelazo.

W 2013 roku, po zaledwie jeden rok aktywności na powierzchni Marsa, koła "Curiousity" zaczął wykazywać oznaki poważnego zużycia. Taki stan rzeczy spowodował roztrzęsiony naukowców, którzy zaczęli wątpić w to, że łazik będzie mógł zakończyć swoją zaplanowaną misję. W rezultacie doprowadziło to również do tego, że centrum badań Glenna postanowił przemyśleć projekt opon, opracowanie których do tego momentu toczyła się już prawie dziesięć lat. Opony zostały zaprojektowane z perspektywą powrotu do księżyca programu.

Opracowanie nowych, kosmicznych opon do centrum badawczego Glenna w ogóle była jednym z priorytetowych kierunków ostatnich dziesięciu lat. W związku z tym inżynierowie i naukowcy z NASA kilka razy wracali do czas między, które pozostały jeszcze z czasów ery kosmicznych misji "Apollo". W tym czasie w ramach rozwoju amerykańskiego i radzieckiego programu kosmicznego opracowano kilka wariantów opon, przeznaczonych na do stosowania na powierzchni księżyca. Centrum Glenna wybrał jako podstawa trzy opcje.

Pierwszy został użyty w radzieckim "Луноходе". W jego восьмиколесной bazie zastosowano metalowe szyny, объединяемые z osią za pomocą wielu szprych. Na zewnętrznej stronie opon był metalowy ochraniacz przeznaczony do zapewnienia bardziej intymna sprzęgła z księżycowym gruntem.

Na rozpatrzenie trafiły również opony używane w specjalnym samochodzie Modularized Equipment Transporter (MET), która została użyta astronautami do transportu próbek księżycowego gruntu w jednej z misji "Apollo". Opracowanie opon dla niej też była prowadzona we współpracy z firmą Goodyear. Sama bryka była немоторизованной, i astronautom musiał włożyć wiele wysiłku fizycznego do jej przewozu. Jednak jej opony miały gładką прорезиненную powierzchnię, co kilka uproszczony jej poruszanie się po ziemi i skał.

Trzeci projekt opon, do których zdecydowano się zwrócić, stosowany w tzw. Księżyca samochodzie, który był używany przez astronautów w ramach misji "Apollo 15", "Apollo-16" i "Apollo-17". To пилотируемое pojazd używał cztery ogromne koła z wytrzymałej wewnętrzną ramą i bieżnikiem w postaci elastycznej siatkowej drucianej konstrukcji. W połowie 2000 roku, kiedy NASA początek prowadzić przygotowania do ewentualnych nowych księżycowy misji (z perspektywą przyszłych misji na Marsa), inżynierowie postanowili zrewidować konstrukcja opony Księżycowego pojazdu, aby znalazły się w nich nowe technologie i wykorzystując nowe i bardziej wytrzymałe materiały. W rezultacie, światło pojawiły się te same opony Spring Tire. Ochraniacz безвоздушных opon składał się z wielu połączonych ze sobą metalowych pierścieni (jak w кольчуге), co czyniło go jednocześnie wytrzymały i elastyczny. Taka konstrukcja nie tylko pozwalał zmniejszyć ciężar, ale przy tym pokazywał wysoką nośność nawet w warunkach poruszania się po trudnych powierzchni.

Aby sprawdzić zachowanie opon Spring Tire na powierzchni Marsa inżynierowie z centrum Badań Glenna zaczęli przeprowadzenie badań na specjalnym poligonie, przeznaczonym do modelowania warunków powierzchniowych. Pomimo tego, że w ogóle opony wykazały się godnie podczas jazdy na смоделированному марсианскому ziemi, mają do czynienia z poważnym problemem – ostre kamienie, po których poruszał się wzór testowy, zaczęli nie tylko deformacja opony, ale i dosłownie ich pękać.

W końcu inżynierowie znowu wzięliśmy się do roboty. Rozwiązaniem było zastosowanie hipersprężystych opon, które stały się kontynuacją "zawiasy" opon Spring Tire. W nowych oponach wykorzystuje specjalny stop никелида tytanu, równieżznany jako нитинол. Ten materiał jest liderem wśród stopów z pamięcią kształtu. Jest on w stanie w pełni odzyskać po 10-procentowym odkształceniu. W tych samych oponach Spring Tire wskaźnik ten wynosi zaledwie 0,3-0,5 proc.

Ponadto, zaletą opon z нитинола jest mała waga (u tego samego pilota prototypu wynosi on zaledwie dziewięć kilogramów), możliwość regulacji poziomu przyczepności na każdej powierzchni i wysokie właściwości tłumiące. Opony z efektem pamięci także zmodernizowane i wskaźnik elastyczności, co w ogóle powinno pozytywnie wpłynąć na ich trwałość.

"Po pierwsze, takie opony pozwolą przeprowadzić badania na różnych typach powierzchni. Po drugie, ponieważ są lżejsze i w ogóle są w stanie dostosować się pod ten lub inny rodzaj powierzchni, pozwalają one nie zakopywać w ziemi, jako bardziej sztywne i ciężkie koła, i są w stanie poradzić sobie z cięższymi zadaniami. Ponadto, tak jak opony z efektem pamięci kształtu w stanie wchłonąć energię od wpływu gruntu na różnych prędkościach, można ich używać na sterowanych pojazdach, którego oczekiwana prędkość będzie znacznie wyższy, niż u obecnych łazików", — czytamy na stronie centrum Badań Glenna.

Zastosowanie hipersprężystych opon nie musi się ograniczać tylko do kosmicznej programem. Już teraz wśród potencjalnych obszarów traktowane są opony do samochodów osobowych i terenowych, wojskowych, maszyn rolniczych i sprzętu lotniczego. Deweloperzy już zainstalowany eksperymentalną oponę na samochód terenowy Jeep Wrangler i badali jej pracę w warunkach rzeczywistych.

Co do rzeczywistego wykorzystania tych opon, to taka możliwość będzie wyróżniać się już w ciągu najbliższych lat, kiedy NASA wyśle do powierzchni Czerwonej planety nowy łazik. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, to odbędzie się to gdzieś w 2020 roku. Nowy łazik będzie zastąpi "Curiousity" w jego misji poszukiwania śladów życia na Marsie. Oprócz tego, przed roverem za zadanie zbierać próbki marsjańskiego gruntu, które planują wrócić na Ziemię w ramach załogowej misji, która będzie musiała się odbyć gdzieś w 2030 roku.