Ein zukünftiger Rover auf dem Mars könnte Formänderungsfunktionen beinhalten. Diese innovative Technologie wird nicht ganz wie der Flüssigmetall-Polymorph-Roboter aus „Terminator 2“ sein, aber ein Problem lösen, das frühere Rover geplagt hat: Radverschleiß.
Das Glenn Research Center der NASA verwendet jetzt Formgedächtnislegierungen (SMA), um bessere Räder für das Fahren auf dem Mars zu bauen.
Ingenieure des Glenn Research Center der NASA bauen den neuen Rover-Reifen aus einer Legierung mit Formgedächtnis zusammen, bevor er im Labor für simulierte Mondoperationen getestet wird.
Credits: NASA
„Glenn begann vor Jahren mit der US-amerikanischen Reifenindustrie zusammenzuarbeiten, um einen besseren nicht pneumatischen oder luftlosen Reifen für den Mond zu entwickeln“, sagte Vivake Asnani, leitender Reifeningenieur bei Glenn. „Dies führte zu einem fortschrittlichen Reifen, der als Spring Tire bekannt ist und aus einem Netzwerk von Stahlfedern besteht, der sich wie ein traditioneller Gummireifen an das Gelände anpasst und konturiert.“
Reifen aus diesen formwandelnden Materialien können sich mit dem Gelände „beugen“. Dies bedeutet, dass sich die Reifen grundsätzlich an die Topographie anpassen würden, egal ob sie felsig, sandig, geneigt oder flach war. Diese neuen Reifentypen können den brutalen, scharfen, spitzen Felsen widerstehen, die Löcher in die Räder des Curiosity-Rovers gebohrt haben, indem sie die Felsen umhüllen, anstatt von ihnen durchbohrt zu werden. NASA Glenn-Ingenieure sagen, dass die formwandelnden Reifen auch eine sanftere Fahrt bieten – fast wie das Hinzufügen von Stoßdämpfern –, was dazu beiträgt, potenzielle Schäden an den Systemen des Rovers zu minimieren.
Nahaufnahme der kaputten Stege auf dem linken mittleren Rad von Curiosity. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Der Wissenschaftler des Curiosity-Rover-Projekts Ashwin Vasavada sagte, sie hätten nicht erwartet, auf die Art von „spitzen“ Felsen zu stoßen, die die Räder des Rovers beschädigt haben. Der Gale Crater – wo Curiosity seit seiner Landung im Jahr 2012 umherstreift – hat ein felsigeres und hartes Gelände als erwartet. Außerdem hat allein die Fahrphysik des Rovers tatsächlich einige der Löcher und Risse verursacht, die sich hauptsächlich in den Vorderrädern zeigen.
„Wir haben einige Tests gemacht und gesehen, wie ein Rad ein anderes Rad in einen Felsen stoßen kann, was den Schaden verschlimmert“, sagte mir Vasavada 2016. „Wir fahren jetzt vorsichtiger und fahren nicht mehr so lange wie in der Vergangenheit. Wir konnten den Schaden auf ein akzeptableres Niveau ausgleichen.“
Jedes der Räder von Curiosity sowie die Räder für den Mars 2020 Perseverance Rover-Reifen werden aus einem Block flugtauglichen Aluminiums gefräst und mit Titanspeichen ausgestattet. Die Räder von Perseverance haben einen etwas größeren Durchmesser und sind schmaler als die von Curiosity, mit einer fast einen Millimeter dickeren Oberfläche. (Curiositys sind 0,75 Millimeter dick.) Sie verfügen auch über neue Laufflächen oder Stege: Anstelle der 24 Chevron-Muster-Laufflächen von Curiosity sind 48 sanft geschwungene Laufflächen.
Die Aluminiumräder der NASA-Rover Curiosity (links) und Perseverance. Etwas größer im Durchmesser und schmaler, 20,7 Zoll (52,6 Zentimeter) gegenüber 20 Zoll (50,8 Zentimeter), haben die Räder von Perseverance doppelt so viele Laufflächen und sind sanft gewölbt statt im Chevron-Muster. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech.
Umfangreiche Tests im Mars Yard des Jet Propulsion Laboratory der NASA haben gezeigt, dass diese Laufflächen dem Druck von scharfen Steinen besser standhalten und beim Fahren auf Sand genauso gut oder besser greifen als die von Curiosity.
Beharrlichkeit ist jetzt eingepackt und rea dy, um zum Mars zu fliegen, der Start ist für Juli 2020 geplant. Aber zukünftige Rover könnten die neuen Formänderungsreifen verwenden, um die Fähigkeit eines Rovers zu verbessern, in extrem felsigem Gelände und bei den kalten Temperaturen des Mars zu operieren. Dies ist für Missionsplaner für den zukünftigen Einsatz auf dem Mars aufgrund seines geringeren Gewichts, seiner Traktionsleistung und seiner Haltbarkeit attraktiv.
„Wir entwickeln ein Material in Marsqualität, das die SMA-Fähigkeit erheblich verbessert und reversible Materialverformungen in der rauen Marsumgebung ohne Leistungseinbußen ermöglicht“, sagte Dr. Santo Padula, leitender SMA-Materialien- und Konstruktionsingenieur bei Glenn.
Die SMA-Reifen werden jetzt getestet bei Glenns Labor für simulierte Mondoperationen. R rigorose Tests haben bewiesen, dass der Grip des Reifens alle Anforderungen an die Traktionsleistung erfüllt oder übertrifft und Rover-Fahrern die Möglichkeit gibt, unterschiedliche Terrains zu durchqueren. Die leistungsfähigeren Reifen ermöglichen auch ein Rover-Design mit vier Reifen im Gegensatz zu den früheren Konfigurationen mit sechs Reifen. Laut NASA können diese Reifen im Falle zukünftiger menschlicher Erkundungs- oder Robotermissionen wertvolle Flexibilität beim Design von Fahrzeugen und Raumfahrzeugen bieten.
Diese Technologie könnte nicht nur auf dem Mars, sondern auch auf der Erde eingesetzt werden. Laut NASA wurde ein Konzeptreifen von SMA für Pkw getestet, der schließlich konventionelle luftgefüllte Reifen ersetzen könnte, wodurch das Risiko von Reifenpannen und das Fahren mit Reifen mit zu geringem Luftdruck beseitigt und gleichzeitig die Kraftstoffeffizienz und Sicherheit verbessert werden.
Mehr Info:
NASA Glenn
Infos zum Ausdauer-Rover
Ausführliche Informationen zu Schäden am Rad des Curiosity-Rover von Emily Lakdawalla, The Planetary Society