Az Curiosity Rover hihetetlen felfedezéseket tett a Mars felszínén működő öt év alatt. És a kutatás során a rover komoly futásteljesítményt is felhalmozott. Bizonyára meglepő volt, amikor a 2013-as rutin vizsgálatok során a Curiosity tudományos csapat tagjai megjegyezték, hogy a kerekei szakadást szenvedtek a futópadon (ezt 2017-ben jelentettek szünetek).
A jövőre nézve a NASA Glenn Kutatóközpontjának kutatói reménykednek arra, hogy a következő generációs lovasokat új kerékkel felszereljék. A „tavaszi gumiabroncs” alapját képezi, amelyet a NASA a 2000-es évek közepén fejlesztett ki a Goodyear-rel. A NASA tudósok csoportja azonban ahelyett, hogy hálószálba szövött tekercselt acélhuzalokat használtak volna (ami az eredeti terv része volt), a NASA tudósok egy tartósabb és rugalmasabb verziót készítettek, amely forradalmat okozhat az űrkutatásban.
Amikor odajutunk rá, a Hold, a Mars és a Naprendszer többi testének durva, büntető terepe van. A Hold esetében a fő kérdés a regolit (más néven: holdpor), amely felületének nagy részét lefedi. Ez a finom por lényegében egyenetlen darab holdkőzet, amely pusztító szerepet játszik a motorok és a gép alkatrészei között. A Marson a helyzet kissé eltérő, a terep nagy részét regolith és éles sziklák fedik le.
2013-ban, csak egy év után a felszínen, a Curiosity rover kerekei kopás jeleket mutattak, mivel váratlanul durva terepen haladt át. Ez sokan aggódott, hogy a rover esetleg nem tudja befejezni küldetését. Ez arra késztette a NASA Glenn Kutatóközpontjában is, hogy fontolóra vegye egy olyan terv átgondolását, amelyben már majdnem egy évtizeddel ezelőtt dolgoztak, és amelyet a Holdra irányuló megújított küldetésekre szántak.
A NASA Glenn számára a gumiabroncsok fejlesztése már körülbelül egy évtizede a kutatás középpontjában. Ebben a tekintetben visszatérnek a NASA mérnökei és tudósai időben tisztelt hagyományához, amely az Apollo korszakban kezdődött. Abban az időben mind az amerikai, mind az orosz űrprogramok több gumiabroncs terveit értékelték a holdfelületre való felhasználásra. Összességében három fő mintát javasoltak.
Először volt a kerekeid, amelyeket kifejezetten a Lunokhod rover számára terveztek, egy orosz jármű számára, amelynek neve szó szerint „Moon Walker”. Ennek a rovernek a kerékterve nyolc merev kerékkel, dróthálóval készült gumiabroncsból állt, amelyeket tengelyükhöz kerékpár-típusú küllők kötöttek. A gumiabroncs külsejére fém bilincseket is felszereltek, hogy biztosítsák a jobb tapadást a holdporban.
Aztán ott volt a NASA egy moduláris felszerelés-szállító (MET) koncepciója, amelyet a Goodyear támogatásával fejlesztettek ki. Ez a nem hajtott kocsi két nitrogén-töltéssel ellátott, sima gumi gumiabronccsal érkezett, hogy megkönnyítse a kocsi húzását a hold talaján és a sziklák felett. Aztán ott volt a Lunar Roving Vehicle (LRV) terve, amely az utolsó NASA jármű volt a Holdon.
Ez a személyzettel ellátott jármű, amelyet az Apollo űrhajósai szoktak vezetni a kihívást jelentő holdfelületen, négy nagy, rugalmas dróthálót használó kerékre támaszkodtak, merev belső kerettel. A 2000-es évek közepén, amikor a NASA új küldetéseket tervezett a Holdra (és a jövőbeni Mars-missziókra), elkezdték újraértékelni az LRV gumiabroncsát, és új anyagokat és technológiákat építettek be a tervbe.
Ennek a megújult kutatásnak a gyümölcse a Tavaszi gumiabroncs volt, amelyet Vivake Asnani mechanikai kutatómérnök munkája végez, aki szorosan együttműködött a Goodyearrel annak fejlesztése érdekében. A terv légtelenített, megfelelő gumiabroncsot igényelt, amely több száz tekercselt acélhuzalból áll, amelyeket ezután rugalmas hálóba szövöttek. Ez nemcsak a könnyű tömeget, hanem a gumiabroncsok képességét is lehetővé tette a nagy teherbírásra, miközben megfelel a terepnek.
A NASA Glenn Kutatóközpontjának mérnökei a Slope laboratóriumában kezdték megvizsgálni a tavaszi gumiabroncs repülését a Marson, hogy elindítsák egy akadálypályán, amely szimulálja a marsi környezetet. Míg a gumiabroncsok általában jól teljesítettek a szimulált homokban, problémákat tapasztaltak, amikor a drótháló deformálódott, miután elhaladtak az egyenetlen kőzetek felett.
Ennek megoldására Colin Creager és Santo Padua (a NASA mérnöke, illetve anyagtudós) megvitatta a lehetséges alternatívákat. Idővel megállapodtak abban, hogy az acélhuzalokat helyettesíteni kell nikkel-titánnal, egy olyan memória ötvözettel, amely megőrzi alakját nehéz körülmények között. Amint Padova egy NASA Glenn videó szegmensében kifejtette, az ötvözet használatának ihlete nagyon biztató volt:
"Most véletlenül itt vagyok az épületben, ahol a Slope labor található. És itt voltam egy másik találkozón a munkámhoz, amelyet memóriaötvözetek formázásával végeztem, és véletlenül berohanok a terembe Colinba. És olyan voltam, mint „mit csinálsz vissza, és miért nem vagytok ott az ütőlaborban?” - mert hallgatóként ismerem őt. Azt mondta: "Nos, én végeztem diplomát, és egy ideje teljes munkaidőben dolgozom itt ... Slope-ben dolgozom."
Annak ellenére, hogy tíz éve dolgozott a JPL-nél, Padova még nem látta a Slope laborot, és meghívót fogadott el, hogy megnézze, mi a munkájuk. Miután belépett a laboratóriumba, és megnézte a tesztelt tavaszi gumiabroncsokat, Padova megkérdezte, hogy vannak-e problémák a deformációval. Amikor Creager beismerte, hogy vannak, Padova olyan megoldást javasolt, amely éppen az ő szakterülete volt.
"Még soha nem hallottam a forma-memória ötvözetek kifejezésről, de tudtam, hogy [Padova] anyagtudományi mérnök volt" - mondta Creager. "És így, azóta az anyagokkal kapcsolatos szakértelmükkel együttműködve dolgozunk együtt ezekkel a gumiabroncsokkal, különös tekintettel az alak-memória ötvözetekre, hogy eljöjjön ez az új gumiabroncs, amelyről azt gondoljuk, hogy valóban forradalmasítja a bolygó rover gumiabroncsait, és potenciálisan akár a Föld gumiabroncsait is. .”
A memóriaötvözetek alakításának kulcsa az atomszerkezetük, amely úgy van összeállítva, hogy az anyag „emlékezzen” eredeti alakjára, és deformáció és feszültség hatására visszatérhessen hozzá. Az alakú memória ötvözött gumiabroncs felépítése után a Glenn mérnökei elküldték a Jet Propulsion Laboratory-hoz, ahol megvizsgálták a Mars Life Test létesítményben.
Összességében a gumiabroncsok nemcsak jól teljesítettek a szimulált marsi homokban, hanem képesek voltak ellenállni a sziklás kiugrások büntetés nélküli nehézségeknek. Még a gumiabroncsok teljes tengelyig történő deformációja után is képesek voltak megőrizni eredeti alakjukat. Ezt sikerült megtenniük, miközben jelentős hasznos teher hordozta magát, ami újabb előfeltétele a felfedező járművek és haszonjárművek gumiabroncsának fejlesztésekor.
A Mars Spring Gumiabroncs (MST) prioritásai a nagyobb tartósság, jobb tapadás lágy homokban és könnyebb súly. Amint a NASA az MST webhelyén (a Glenn Research Center webhelyének részén) jelezte, három nagy előnye van annak, hogy a nagy teljesítményű, megfelelő gumiabroncsok, mint például a tavaszi kerék kifejlesztésre kerülnek:
„Először is lehetővé tennék a rovernek, hogy a jelenleginél nagyobb felszíni területeket fedezze fel. Másodszor, mivel megfelelnek a terepnek, és nem süllyednek el annyira, mint a merev kerekek, ugyanolyan adott tömeg és térfogat esetén nehezebbek lehetnek. Végül: mivel a megfelelő gumiabroncsok közepes és nagy sebességgel képesek elnyelni az ütésekből származó energiát, akkor azokat személyzettel rendelkező felderítő járműveken lehet használni, amelyek várhatóan lényegesen nagyobb sebességgel mozognak, mint a jelenlegi Mars-rovers.
Az első elérhető lehetőség ezeknek a gumiabroncsoknak a tesztelésére mindössze néhány évvel később, amikor a NASA-ban Mars 2020 Rover a Vörös Bolygó felületére küldik. Ha egyszer odaér, a rover felveszi azt a helyet, ahol a Curiosity és más rover elhagyta az élet jeleit a Mars kemény környezetében. A rover feladata olyan minták elkészítése is, amelyeket végül a legénységgel kiküldött misszió útján visszatérnek a Földre, amelynek várhatóan valamikor a 2030-as években kerül sor.
