ο Περιέργεια Rover έχει κάνει μερικές απίστευτες ανακαλύψεις κατά τη διάρκεια των πέντε ετών που λειτουργεί στην επιφάνεια του Άρη. Και κατά τη διεξαγωγή της έρευνάς του, το rover έχει επίσης συγκεντρώσει κάποια σοβαρά χιλιόμετρα. Ωστόσο, ήταν σίγουρα μια έκπληξη όταν κατά τη διάρκεια ρουτίνας εξετάσεων το 2013, μέλη της επιστημονικής ομάδας Curiosity σημείωσαν ότι οι τροχοί της είχαν υποστεί σχισμές στα πέλματά τους (ακολουθούμενες από διαλείμματα που αναφέρθηκαν το 2017).
Κοιτώντας προς το μέλλον, οι ερευνητές στο Κέντρο Έρευνας Glenn της NASA ελπίζουν να εξοπλίσουν τους νέους οδηγούς επόμενης γενιάς με έναν νέο τροχό. Βασίζεται στο "Spring Tire", το οποίο ανέπτυξε η NASA με την Goodyear στα μέσα της δεκαετίας του 2000. Ωστόσο, αντί να χρησιμοποιούν κουλουριασμένα χαλύβδινα σύρματα που είναι υφασμένα σε σχέδιο πλέγματος (που ήταν μέρος του αρχικού σχεδιασμού), μια ομάδα επιστημόνων της NASA δημιούργησε μια πιο ανθεκτική και ευέλικτη έκδοση που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην εξερεύνηση του διαστήματος.
Όταν φτάσει ακριβώς σε αυτό, η Σελήνη, ο Άρης και άλλα σώματα στο Ηλιακό Σύστημα έχουν σκληρό, τιμωρητικό έδαφος. Στην περίπτωση της Σελήνης, το κύριο θέμα είναι ο regolith (γνωστός και ως σκόνη φεγγαριού) που καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειάς του. Αυτή η λεπτή σκόνη είναι ουσιαστικά ακανόνιστα κομμάτια σεληνιακού βράχου που παίζουν χάος με κινητήρες και εξαρτήματα μηχανών. Στον Άρη, η κατάσταση είναι ελαφρώς διαφορετική, με regolith και αιχμηρά βράχια που καλύπτουν το μεγαλύτερο μέρος του εδάφους.
Το 2013, μετά από μόλις ένα χρόνο στην επιφάνεια, οι τροχοί του Curiosity rover άρχισαν να δείχνουν σημάδια φθοράς, καθώς διασχίζουν απροσδόκητα σκληρό έδαφος. Αυτό οδήγησε πολλούς να ανησυχούν ότι το rover ενδέχεται να μην είναι σε θέση να ολοκληρώσει την αποστολή του. Επίσης, οδήγησε πολλούς στο ερευνητικό κέντρο Glenn της NASA να επανεξετάσει ένα σχέδιο στο οποίο είχαν εργαστεί σχεδόν μια δεκαετία πριν, το οποίο προοριζόταν για ανανεωμένες αποστολές στη Σελήνη.
Για τη NASA Glenn, η ανάπτυξη ελαστικών αποτελεί επίκεντρο της έρευνας εδώ και μια δεκαετία. Από αυτή την άποψη, επιστρέφουν σε μια πολυετή παράδοση μηχανικών και επιστημόνων της NASA, η οποία ξεκίνησε την εποχή του Απόλλωνα. Εκείνη την εποχή, τόσο το αμερικανικό όσο και το ρωσικό διαστημικό πρόγραμμα αξιολόγησαν πολλαπλά σχέδια ελαστικών για χρήση στην σεληνιακή επιφάνεια. Συνολικά, προτάθηκαν τρία μεγάλα σχέδια.
Πρώτα, είχατε τους τροχούς ειδικά σχεδιασμένους για το Lunokhod rover, ένα ρωσικό όχημα του οποίου το όνομα μεταφράζεται κυριολεκτικά σε «Moon Walker». Ο σχεδιασμός των τροχών για αυτό το rover αποτελείται από οκτώ άκαμπτα ελαστικά, συρματόπλεγμα που συνδέθηκαν με τους άξονές τους με ακτίνες τύπου ποδηλάτου. Μεταλλικές σφήνες τοποθετήθηκαν επίσης στο εξωτερικό του ελαστικού για να εξασφαλίσουν καλύτερη πρόσφυση στη σεληνιακή σκόνη.
Στη συνέχεια, υπήρχε η ιδέα της NASA για ένα Modularized Equipment Transporter (MET), το οποίο αναπτύχθηκε με την υποστήριξη της Goodyear. Αυτό το μη εξουσιοδοτημένο καροτσάκι ήρθε με δύο ελαστικά από λείο ελαστικό γεμισμένο με άζωτο για να διευκολύνει το τράβηγμα του καροτσιού μέσω σεληνιακού εδάφους και πάνω από βράχους. Και τότε υπήρχε ο σχεδιασμός για το Lunar Roving Vehicle (LRV), το οποίο ήταν το τελευταίο όχημα της NASA που επισκέφτηκε τη Σελήνη.
Αυτό το πλήρωμα, το οποίο χρησιμοποιούσαν οι αστροναύτες του Απόλλωνα στην προκλητική σεληνιακή επιφάνεια, βασίστηκε σε τέσσερις μεγάλους, εύκαμπτους τροχούς με συρματόπλεγμα με άκαμπτα εσωτερικά πλαίσια. Στα μέσα της δεκαετίας του 2000, όταν η NASA άρχισε να σχεδιάζει να τοποθετήσει νέες αποστολές στη Σελήνη (και μελλοντικές αποστολές στον Άρη), άρχισαν να επανεκτιμούν το ελαστικό LRV και να ενσωματώνουν νέα υλικά και τεχνολογίες στο σχεδιασμό.
Ο καρπός αυτής της ανανεωμένης έρευνας ήταν το Spring Tire, το οποίο ήταν έργο του μηχανικού ερευνητικού μηχανικού Vivake Asnani, ο οποίος συνεργάστηκε στενά με την Goodyear για να την αναπτύξει. Ο σχεδιασμός απαιτούσε ένα ελαστικό χωρίς αέρα, συμβατό με εκατοντάδες κουλουριασμένα ατσάλινα σύρματα, τα οποία στη συνέχεια υφάνθηκαν σε ένα εύκαμπτο πλέγμα. Αυτό όχι μόνο εξασφάλισε ελαφρύ, αλλά έδωσε επίσης στα ελαστικά τη δυνατότητα να υποστηρίζουν υψηλά φορτία ενώ συμμορφώνονται με το έδαφος.
Για να δουν πώς θα πλημμυρίσει το Spring Tire στον Άρη, οι μηχανικοί στο Κέντρο Έρευνας Glenn της NASA άρχισαν να τις δοκιμάζουν στο εργαστήριο Slope, όπου τους έτρεξαν σε μια πορεία εμποδίων που προσομοιώνουν το περιβάλλον του Άρη. Ενώ τα ελαστικά απέδωσαν γενικά καλά σε προσομοιωμένη άμμο, αντιμετώπισαν προβλήματα όταν το συρματόπλεγμα παραμορφώθηκε αφού πέρασε πάνω από οδοντωτούς βράχους.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό, οι Colin Creager και Santo Padua (μηχανικός της NASA και επιστήμονας υλικών, αντίστοιχα) συζήτησαν πιθανές εναλλακτικές λύσεις. Με την πάροδο του χρόνου, συμφώνησαν ότι τα χαλύβδινα σύρματα πρέπει να αντικατασταθούν με νικέλιο τιτάνιο, ένα κράμα μνήμης σχήματος που είναι ικανό να διατηρήσει το σχήμα του σε δύσκολες συνθήκες. Όπως εξήγησε η Πάντοβα σε ένα τμήμα βίντεο της NASA Glenn, η έμπνευση για χρήση αυτού του κράματος ήταν πολύ ωφέλιμη:
«Απλώς τυχαία ήμουν στο κτίριο εδώ, όπου βρίσκεται το εργαστήριο Slope. Και ήμουν εδώ για μια διαφορετική συνάντηση για τη δουλειά που κάνω σε κράματα μνήμης σχήματος και τυχαίνει να συναντώ τον Κόλιν στην αίθουσα. Και ήμουν σαν "τι κάνεις πίσω και γιατί δεν είσαι στο εργαστήριο αντίκτυπου;" - γιατί τον ήξερα ως μαθητή. Είπε, «καλά, έχω αποφοιτήσει και εργάζομαι εδώ με πλήρη απασχόληση για λίγο ... Δουλεύω στο Slope».
Παρά το γεγονός ότι εργάστηκε στην JPL για δέκα χρόνια, η Πάδοβα δεν είχε δει το εργαστήριο Slope στο παρελθόν και δέχτηκε μια πρόσκληση για να δει τι εργάζονταν. Αφού μπήκε στο εργαστήριο και κοίταξε τα ελατήρια ελαστικών που έλεγαν, η Πάδοβα ρώτησε αν αντιμετώπιζαν προβλήματα με την παραμόρφωση. Όταν ο Creager παραδέχτηκε ότι ήταν, ο Πάντοβα πρότεινε μια λύση που τυχαία ήταν ο τομέας εμπειρογνωμοσύνης του.
«Δεν είχα ακούσει ποτέ για τον όρο κράματα μνήμης σχήματος στο παρελθόν, αλλά ήξερα ότι η Πάντοβα ήταν μηχανικός επιστήμης υλικών», δήλωσε ο Creager. «Έτσι, από τότε συνεργαζόμαστε με αυτά τα ελαστικά χρησιμοποιώντας την τεχνογνωσία του σε υλικά, ειδικά σε κράματα μνήμης σχήματος, για να βρούμε αυτό το νέο ελαστικό που πιστεύουμε ότι πρόκειται πραγματικά να φέρει επανάσταση στα πλανητικά ελαστικά rover και ενδεχομένως ακόμη και ελαστικά για τη Γη επίσης "
Το κλειδί για τη διαμόρφωση των κραμάτων μνήμης είναι η ατομική τους δομή, η οποία συναρμολογείται με τέτοιο τρόπο ώστε το υλικό να "θυμάται" το αρχικό του σχήμα και να μπορεί να επιστρέψει σε αυτό αφού υποστεί παραμόρφωση και καταπόνηση. Μετά την κατασκευή του ελαστικού κράματος μνήμης σχήματος, οι μηχανικοί του Glenn το έστειλαν στο εργαστήριο Jet Propulsion, όπου δοκιμάστηκε στο Mars Life Test Facility.
Συνολικά, τα ελαστικά όχι μόνο αποδίδουν καλά στην προσομοιωμένη άμμο της Άρης, αλλά κατάφεραν να αντέξουν να τιμωρήσουν τις βραχώδεις προεξοχές χωρίς δυσκολία. Ακόμα και μετά την παραμόρφωση των ελαστικών μέχρι τους άξονες τους, μπόρεσαν να διατηρήσουν το αρχικό τους σχήμα. Κατάφεραν επίσης να το κάνουν αυτό, ενώ έφεραν ένα σημαντικό ωφέλιμο φορτίο, το οποίο είναι μια άλλη προϋπόθεση κατά την ανάπτυξη ελαστικών για εξερευνητικά οχήματα και rover.
Οι προτεραιότητες για το Mars Spring Tire (MST) είναι να προσφέρουν μεγαλύτερη ανθεκτικότητα, καλύτερη πρόσφυση σε μαλακή άμμο και ελαφρύτερο βάρος. Όπως επισημαίνει η NASA στον ιστότοπο MST (μέρος του ιστότοπου του Glenn Research Center), υπάρχουν τρία μεγάλα οφέλη για την ανάπτυξη ελαστικών συμβατών με υψηλή απόδοση όπως το Spring Wheel:
«Πρώτον, θα επέτρεπαν στους αναβάτες να εξερευνήσουν μεγαλύτερες περιοχές της επιφάνειας από όσο είναι δυνατόν σήμερα. Δεύτερον, επειδή συμμορφώνονται με το έδαφος και δεν βυθίζονται όσο οι άκαμπτοι τροχοί, μπορούν να μεταφέρουν βαρύτερα ωφέλιμα φορτία για την ίδια δεδομένη μάζα και όγκο. Τέλος, επειδή τα συμμορφούμενα ελαστικά μπορούν να απορροφήσουν ενέργεια από κρούσεις σε μέτριες έως υψηλές ταχύτητες, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οχήματα εξερεύνησης πληρώματος τα οποία αναμένεται να κινούνται σε ταχύτητες σημαντικά υψηλότερες από τους σημερινούς rover Mars. "
Η πρώτη διαθέσιμη ευκαιρία να δοκιμάσετε αυτά τα ελαστικά είναι μόλις λίγα χρόνια μακριά, όταν η NASA Mars 2020 Rover θα σταλεί στην επιφάνεια του κόκκινου πλανήτη. Μόλις φτάσει εκεί, το rover θα παραλάβει εκεί που έφυγαν η περιέργεια και άλλα rover, ψάχνοντας για σημάδια ζωής στο σκληρό περιβάλλον του Άρη. Το rover είναι επίσης επιφορτισμένο με την προετοιμασία δειγμάτων που τελικά θα επιστραφούν στη Γη από μια αποστολή με πλήρωμα, η οποία αναμένεται να πραγματοποιηθεί κάποια στιγμή στη δεκαετία του 2030.
