ال تجوال الفضول حققت بعض الاكتشافات المذهلة خلال السنوات الخمس التي كانت تعمل فيها على سطح المريخ. وفي سياق إجراء بحثها ، تكبدت المركبة أيضًا بعض الأميال الخطيرة. ومع ذلك ، كان من المفاجئ بالتأكيد أنه خلال الاختبارات الروتينية في عام 2013 ، لاحظ أعضاء فريق Curiosity العلمي أن عجلاته عانت من تمزق في معالجته (متبوعًا بفواصل تم الإبلاغ عنها في عام 2017).
بالتطلع إلى المستقبل ، يأمل الباحثون في مركز غلين للأبحاث التابع لوكالة ناسا في تزويد الجيل القادم من مركبات روفر بعجلة جديدة. ويستند إلى "Spring Tire" ، التي طورتها وكالة ناسا مع Goodyear في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. ومع ذلك ، بدلاً من استخدام الأسلاك الفولاذية الملفوفة المنسوجة في نمط شبكي (كان جزءًا من التصميم الأصلي) ، ابتكر فريق من علماء وكالة ناسا نسخة أكثر متانة ومرونة يمكن أن تحدث ثورة في استكشاف الفضاء.
عندما يتعلق الأمر مباشرة ، يكون القمر والمريخ والأجسام الأخرى في النظام الشمسي تضاريس قاسية ومعاقبة. في حالة القمر ، فإن القضية الرئيسية هي regolith (المعروف أيضًا باسم غبار القمر) الذي يغطي معظم سطحه. هذا الغبار الناعم عبارة عن أجزاء متعرجة من الصخور القمرية تؤدي إلى الخراب بالمحركات ومكونات الماكينة. على كوكب المريخ ، يختلف الوضع قليلاً ، حيث تغطي الحجارة الصخرية الحادة والأرضية معظم التضاريس.
في عام 2013 ، بعد عام واحد فقط على السطح ، بدأت عجلات عربة Curiosity في إظهار علامات التآكل والتمزق نظرًا لأنها تعبر التضاريس الوعرة بشكل غير متوقع. أدى هذا بالكثير من الناس إلى القلق من أن المركبة قد لا تكون قادرة على إكمال مهمتها. كما قاد الكثيرين في مركز غلين للأبحاث التابع لوكالة ناسا إلى إعادة النظر في التصميم الذي كانوا يعملون عليه قبل عقد تقريبًا ، والذي كان مخصصًا لتجديد المهام إلى القمر.
بالنسبة لناسا جلين ، كان تطوير الإطارات محط تركيز البحث منذ حوالي عقد من الزمان. في هذا الصدد ، يعودون إلى تقليد عريق من مهندسي وعلماء ناسا ، والذي بدأ في عصر أبولو. في ذلك الوقت ، كانت برامج الفضاء الأمريكية والروسية تقوم بتقييم تصاميم إطارات متعددة للاستخدام على سطح القمر. وعموما ، تم اقتراح ثلاثة تصاميم رئيسية.
أولاً ، كان لديك العجلات المصممة خصيصًا لـ Lunokhod rover ، وهي مركبة روسية يُترجم اسمها حرفياً إلى "Moon Walker". يتألف تصميم العجلة لهذا المركب من ثمانية إطارات ذات شبكات سلكية صلبة متصلة بمحاورها بواسطة مكابح من نوع الدراجات. كما تم تركيب المرابط المعدنية على السطح الخارجي للإطار لضمان سحب أفضل في غبار القمر.
ثم كان هناك مفهوم ناسا لناقل المعدات المعيارية (MET) ، والذي تم تطويره بدعم من Goodyear. تأتي هذه العربة غير المزودة بالطاقة بإطارين مطاطيين مملئين بالنيتروجين وملساء لتسهيل سحب العربة عبر التربة القمرية والصخور. ثم كان هناك تصميم لمركبة القمرية المتجولة (LRV) ، والتي كانت آخر مركبة ناسا تزور القمر.
هذه المركبة ذات الطاقم ، التي استخدمها رواد فضاء أبولو للتجول على سطح القمر الصعب ، اعتمدت على أربع عجلات كبيرة سلكية مرنة ذات إطارات داخلية صلبة. خلال منتصف العقد الأول من القرن الحالي ، عندما بدأت وكالة ناسا بالتخطيط لتركيب مهام جديدة إلى القمر (والبعثات المستقبلية إلى المريخ) ، بدأوا في إعادة تقييم إطار LRV ودمج المواد والتقنيات الجديدة في التصميم.
كانت ثمرة هذا البحث المتجدد سبرينغ تاير ، التي كانت من عمل مهندس البحث الميكانيكي Vivake Asnani ، الذي عمل بشكل وثيق مع Goodyear لتطويره. دعا التصميم إلى استخدام إطار مطاطي خالٍ من الهواء يتألف من مئات الأسلاك الفولاذية الملفوفة ، والتي تم نسجها بعد ذلك في شبكة مرنة. لم يضمن هذا الوزن الخفيف فحسب ، بل أعطى أيضًا الإطارات القدرة على دعم الأحمال العالية أثناء التوافق مع التضاريس.
لمعرفة الكيفية التي ستسير بها صور سبرينغ على كوكب المريخ ، بدأ المهندسون في مركز غلين للأبحاث التابع لناسا اختبارهم في معمل Slope ، حيث قاموا بتشغيلهم من خلال مسار حواجز يحاكي بيئة المريخ. في حين أن الإطارات تعمل بشكل جيد بشكل عام في الرمال المحاكية ، إلا أنها واجهت مشاكل عندما تشوهت شبكة الأسلاك بعد مرورها فوق الصخور المتعرجة.
ولمعالجة ذلك ، ناقش كولين كريجر وسانتو بادوا (مهندس ناسا وعالم المواد ، على التوالي) البدائل المحتملة. بمرور الوقت ، اتفقوا على استبدال الأسلاك الفولاذية بتيكل النيكل ، وهي سبيكة ذاكرة الشكل قادرة على الاحتفاظ بشكلها في ظل ظروف صعبة. كما أوضحت بادوفا في مقطع فيديو ناسا جلين ، كان الإلهام لاستخدام هذه السبائك صدفة للغاية:
"حدث أن انتهيت للتو في المبنى هنا ، حيث يوجد مختبر Slope. وكنت هنا لحضور اجتماع مختلف للعمل الذي أقوم به في شكل سبائك الذاكرة ، وقد صادفت كولين في القاعة. فقلت "ماذا تفعل مرة أخرى ولماذا لم تكن في مختبر التأثير؟" - لأنني كنت أعرفه كطالب. قال: "حسنًا ، لقد تخرجت ، وكنت أعمل هنا بدوام كامل لبعض الوقت ... أنا أعمل في Slope".
على الرغم من العمل في مختبر الدفع النفاث لمدة عشر سنوات ، لم ير بادوا مختبر Slope من قبل وقبل قبول دعوة لمعرفة ما كانوا يعملون عليه. بعد دخول المختبر والنظر في إطارات الربيع التي كانوا يختبرونها ، سأل بادوا عما إذا كانوا يعانون من مشاكل في التشوه. عندما اعترف كريجر بأنهم كانوا ، اقترح بادوا حلًا صادف أنه مجال خبرته.
قال كريغر: "لم أسمع قط بمصطلح سبائك الذاكرة التي شكلتها من قبل ، لكنني كنت أعرف أن بادوفا كان مهندس علوم المواد". "وهكذا ، منذ ذلك الحين ونحن نتعاون في هذه الإطارات باستخدام خبرته في المواد ، خاصة في شكل سبائك الذاكرة ، للتوصل إلى هذا الإطار الجديد الذي نعتقد أنه سيحدث ثورة في إطارات مركبات الكواكب وربما حتى إطارات للأرض أيضًا . "
المفتاح لتشكيل سبائك الذاكرة هو هيكلها الذري ، الذي يتم تجميعه بطريقة تجعل المادة "تتذكر" شكلها الأصلي وقادرة على العودة إليها بعد تعرضها للتشوه والضغط. بعد بناء إطار سبيكة ذاكرة الشكل ، أرسله مهندسو Glenn إلى مختبر الدفع النفاث ، حيث تم اختباره في مرفق اختبار حياة المريخ.
بشكل عام ، لم تعمل الإطارات بشكل جيد فقط في رمال المريخ المحاكية ، ولكنها كانت قادرة على الصمود في تجاوز النتوءات الصخرية المعاقبة دون صعوبة. حتى بعد تشوه الإطارات وصولاً إلى محاورها ، كانت قادرة على الاحتفاظ بشكلها الأصلي. تمكنوا أيضًا من القيام بذلك أثناء حمل حمولة كبيرة ، وهو شرط أساسي آخر عند تطوير إطارات مركبات الاستكشاف والمركبات.
تتمثل أولويات إطار Mars Spring Tire (MST) في توفير قدر أكبر من المتانة ، وجر أفضل في الرمال الناعمة ، ووزن أخف. كما تشير وكالة ناسا على موقع MST الإلكتروني (جزء من موقع مركز جلين للأبحاث) ، هناك ثلاث مزايا رئيسية لتطوير إطارات متوافقة عالية الأداء مثل Spring Wheel:
"أولاً ، سيسمحون للمركبات الفضائية باستكشاف مناطق أكبر من السطح أكثر مما هو ممكن حاليًا. ثانيًا ، نظرًا لأنها تتوافق مع التضاريس ولا تغرق مثل العجلات الصلبة ، يمكنها أن تحمل حمولات أثقل لنفس الكتلة والحجم المعطى. أخيرًا ، نظرًا لأن الإطارات المتوافقة يمكن أن تمتص الطاقة من الاصطدامات بسرعات معتدلة إلى عالية ، يمكن استخدامها في مركبات الاستكشاف ذات الطاقم والتي من المتوقع أن تتحرك بسرعات أعلى بكثير من مركبات المريخ الحالية. "
أول فرصة متاحة لاختبار هذه الإطارات هي بضع سنوات فقط ، عندما تكون وكالة ناسا مارس 2020 روفر سيتم إرسالها إلى سطح الكوكب الأحمر. بمجرد الوصول إلى هناك ، ستلتقط المركبة المتجولة من حيث توقفت كيريوسيتي وغيرها من المركبات ، بحثًا عن علامات الحياة في بيئة المريخ القاسية. كما أن المسبار المتجول مكلف أيضًا بإعداد العينات التي سيتم إعادتها في النهاية إلى الأرض من خلال مهمة طاقم ، والتي من المتوقع أن تتم في وقت ما في 2030s.
