De Curiosity-rover heeft een aantal ongelooflijke ontdekkingen gedaan in de vijf jaar dat hij op het oppervlak van Mars opereert. En tijdens het uitvoeren van zijn onderzoek, de rover heeft ook een aantal serieuze kilometers gemaakt. Echter, het kwam zeker als een verrassing toen tijdens een routineonderzoek in 2013 leden van het wetenschappelijke team van Curiosity merkten op dat de wielen scheurtjes in hun loopvlak hadden opgelopen (gevolgd door breuken gemeld in 2017).

Kijkend naar de toekomst, onderzoekers van NASA's Glenn Research Center hopen de volgende generatie rovers uit te rusten met een nieuw wiel. Het is gebaseerd op de "Lenteband", die NASA in het midden van de jaren 2000 samen met Goodyear ontwikkelde. Echter, in plaats van opgerolde staaldraden te gebruiken die in een maaspatroon zijn geweven (wat deel uitmaakte van het oorspronkelijke ontwerp), heeft een team van NASA-wetenschappers een duurzamere en flexibelere versie gemaakt die een revolutie teweeg kan brengen in de verkenning van de ruimte.

Als het er op aan komt, de maan, Mars, en andere lichamen in het zonnestelsel hebben harde, terrein bestraffen. In het geval van de maan, het belangrijkste probleem is de regoliet (ook bekend als maanstof) die het grootste deel van het oppervlak bedekt. Dit fijne stof is in wezen gekartelde stukjes maangesteente die grote schade aanrichten aan motoren en machineonderdelen. Op Mars, de situatie is iets anders, met regoliet en scherpe rotsen die het grootste deel van het terrein bedekken.

In 2013, na slechts een jaar aan de oppervlakte, De wielen van de Curiosity rover begonnen tekenen van slijtage te vertonen doordat hij onverwacht ruw terrein doorkruiste. Dit leidde ertoe dat velen zich zorgen maakten dat de rover zijn missie misschien niet zou kunnen voltooien. Het leidde er ook toe dat velen in het Glenn Research Center van NASA een ontwerp heroverwogen waaraan ze bijna tien jaar eerder hadden gewerkt, die bedoeld was voor hernieuwde missies naar de maan.

Voor NASA Glenn, De ontwikkeling van banden is al ongeveer tien jaar het onderwerp van onderzoek. In dit opzicht, ze keren terug naar een aloude traditie van NASA-ingenieurs en wetenschappers, die begon in het Apollo-tijdperk. Destijds, zowel de Amerikaanse als Russische ruimteprogramma's evalueerden meerdere bandenontwerpen voor gebruik op het maanoppervlak. Algemeen, drie grote ontwerpen werden voorgesteld.

Eerst, je had de wielen speciaal ontworpen voor Lunokhod rover, een Russisch voertuig waarvan de naam letterlijk vertaalt naar "moon Walker". Het wielontwerp voor deze rover bestond uit acht starre velgen, draadgaasbanden die door fietsspaken met hun assen waren verbonden. Er werden ook metalen schoenplaatjes aan de buitenkant van de band gemonteerd om een ​​betere tractie in het maanstof te garanderen.

Dan was er NASA's concept voor een Modularized Equipment Transporter (MET), die werd ontwikkeld met de steun van Goodyear. Deze niet-aangedreven kar werd geleverd met twee met stikstof gevulde, gladde rubberen banden om het gemakkelijker te maken om de kar door maangrond en over rotsen te trekken. En dan was er nog het ontwerp voor de Lunar Roving Vehicle (LRV), wat het laatste NASA-voertuig was dat de maan bezocht.

Dit bemande voertuig, waarmee Apollo-astronauten rondreden op het uitdagende maanoppervlak, vertrouwden op vier grote, flexibele draadgaaswielen met stijve binnenframes. Halverwege de jaren 2000, toen NASA begon met het plannen van nieuwe missies naar de maan (en toekomstige missies naar Mars), ze begonnen de LRV-band opnieuw te evalueren en nieuwe materialen en technologieën in het ontwerp op te nemen.

De vrucht van dit hernieuwde onderzoek was de Spring Tire, wat het werk was van mechanisch onderzoeksingenieur Vivake Asnani, die nauw samenwerkte met Goodyear om het te ontwikkelen. Het ontwerp vroeg om een ​​airless, conforme band bestaande uit honderden opgerolde staaldraden, die vervolgens werden geweven tot een flexibel gaas. Dit zorgde niet alleen voor een laag gewicht, maar gaf de banden ook de mogelijkheid om hoge belastingen te dragen terwijl ze zich aanpasten aan het terrein.

Om te zien hoe de lenteband het zou doen op Mars, ingenieurs van NASA's Glenn Research Center begonnen ze te testen in het Slope-lab, waar ze hen door een hindernisbaan lieten lopen die de omgeving van Mars nabootste. Hoewel de banden over het algemeen goed presteerden in gesimuleerd zand, ze ondervonden problemen toen het draadgaas vervormde nadat het over grillige rotsen was gegaan.

Dit behandelen, Colin Creager en Santo Padua (een NASA-ingenieur en materiaalwetenschapper, respectievelijk) mogelijke alternatieven besproken. Op tijd, ze waren het erover eens dat de staaldraden moesten worden vervangen door nikkel-titanium, een vormgeheugenlegering die in staat is zijn vorm te behouden onder zware omstandigheden. Zoals Padua uitlegde in een NASA Glenn-videosegment, de inspiratie om deze legering te gebruiken was heel toevallig:

"Ik was hier toevallig in het gebouw, waar het Slope-lab is. En ik was hier voor een andere bijeenkomst voor het werk dat ik doe in legeringen met vormgeheugen, en ik kom Colin toevallig tegen in de hal. En ik had zoiets van 'wat doe je terug en waarom ben je niet in het impactlab?' – omdat ik hem als student kende. Hij zei, 'goed, ik ben afgestudeerd, en ik werk hier al een tijdje fulltime... ik werk in Slope."

Ondanks dat ik 10 jaar bij JPL heb gewerkt, Padua had het Slope-lab nog niet eerder gezien en accepteerde een uitnodiging om te zien waar ze aan werkten. Nadat ze het lab waren binnengegaan en naar de veerbanden hadden gekeken die ze aan het testen waren, Padua vroeg of ze problemen hadden met vervorming. Toen Creager toegaf dat ze dat waren, Padua stelde een oplossing voor die toevallig zijn expertisegebied was.

"Ik had nog nooit van de term vormgeheugenlegeringen gehoord, maar ik wist dat [Padua] een materiaalkundig ingenieur was, "zei Creager. "En dus, sindsdien hebben we aan deze banden samengewerkt met zijn materiaalexpertise, vooral in legeringen met vormgeheugen, om met deze nieuwe band op de proppen te komen waarvan we denken dat het een revolutie teweeg zal brengen in de banden van planetaire rovers en mogelijk zelfs banden voor de aarde."

De sleutel tot legeringen met vormgeheugen is hun atomaire structuur, die op zo'n manier is geassembleerd dat het materiaal zijn oorspronkelijke vorm "herinnert" en in staat is ernaar terug te keren na te zijn onderworpen aan vervorming en spanning. Na het bouwen van de band met vormgeheugen, de Glenn-ingenieurs stuurden het naar het Jet Propulsion Laboratory, waar het werd getest in de Mars Life Test Facility.

Algemeen, de banden presteerden niet alleen goed in gesimuleerd Marszand, maar waren in staat om zonder problemen over straffende rotspartijen te gaan. Zelfs nadat de banden helemaal tot op hun assen waren vervormd, ze waren in staat om hun oorspronkelijke vorm te behouden. Ze slaagden er ook in om dit te doen terwijl ze een aanzienlijk laadvermogen droegen, wat een andere voorwaarde is bij het ontwikkelen van banden voor verkenningsvoertuigen en rovers.

De prioriteiten voor de Mars Spring Tire (MST) zijn het bieden van meer duurzaamheid, betere tractie in zacht zand, en lichter van gewicht. Zoals NASA aangeeft op de MST-website (onderdeel van de Glenn Research Center-website), er zijn drie grote voordelen aan het ontwikkelen van goed presterende banden zoals het veerwiel:

"Eerst, ze zouden rovers in staat stellen grotere delen van het oppervlak te verkennen dan momenteel mogelijk is. Ten tweede, omdat ze zich aanpassen aan het terrein en niet zo ver zinken als stijve wielen, ze kunnen zwaardere ladingen vervoeren voor dezelfde gegeven massa en volume. als laatste, omdat de conforme banden energie kunnen absorberen van schokken bij matige tot hoge snelheden, ze kunnen worden gebruikt op bemande verkenningsvoertuigen die naar verwachting zullen bewegen met snelheden die aanzienlijk hoger zijn dan de huidige Mars-rovers."

De eerste beschikbare mogelijkheid om deze banden uit te testen is slechts een paar jaar verwijderd, wanneer NASA's Mars 2020 Rover naar het oppervlak van de Rode Planeet wordt gestuurd. Eenmaal daar, de rover gaat verder waar Curiosity en andere rovers zijn gebleven, op zoek naar tekenen van leven in de barre omgeving van Mars. De rover is ook belast met het voorbereiden van monsters die uiteindelijk door een bemande missie naar de aarde zullen worden teruggebracht, die naar verwachting ergens in de jaren 2030 zal plaatsvinden.