El rover Curiosity ha hecho algunos descubrimientos increíbles durante los cinco años que ha estado operando en la superficie de Marte. Y en el curso de la realización de su investigación, el rover también ha acumulado un gran kilometraje. Sin embargo, ciertamente fue una sorpresa cuando durante unos exámenes de rutina en 2013, Los miembros del equipo científico de Curiosity notaron que sus ruedas habían sufrido roturas en sus huellas (seguidas de roturas informadas en 2017).

Mirando hacia el futuro, Los investigadores del Centro de Investigación Glenn de la NASA esperan equipar a los rovers de próxima generación con una nueva rueda. Se basa en el "neumático de resorte", que la NASA desarrolló con Goodyear a mediados de la década de 2000. Sin embargo, en lugar de utilizar alambres de acero enrollados tejidos en un patrón de malla (que era parte del diseño original), un equipo de científicos de la NASA ha creado una versión más duradera y flexible que podría revolucionar la exploración espacial.

Cuando se trata de eso, la luna, Marte, y otros cuerpos del Sistema Solar tienen dureza, terreno de castigo. En el caso de la luna, el problema principal es el regolito (también conocido como polvo lunar) que cubre la mayor parte de su superficie. Este polvo fino es esencialmente fragmentos irregulares de roca lunar que causan estragos en los motores y componentes de las máquinas. En Marte, la situación es ligeramente diferente, con regolitos y rocas afiladas que cubren la mayor parte del terreno.

En 2013, después de solo un año en la superficie, Las ruedas del rover Curiosity comenzaron a mostrar signos de desgaste debido a que atravesó un terreno inesperadamente accidentado. Esto llevó a muchos a preocuparse de que el rover no pudiera completar su misión. También llevó a muchos en el Centro de Investigación Glenn de la NASA a reconsiderar un diseño en el que habían estado trabajando casi una década antes. que estaba destinado a renovadas misiones a la luna.

Para NASA Glenn, El desarrollo de neumáticos ha sido un foco de investigación durante aproximadamente una década. En este sentido, están volviendo a una tradición consagrada de ingenieros y científicos de la NASA, que comenzó en la era de Apolo. En el momento, tanto el programa espacial estadounidense como el ruso estaban evaluando múltiples diseños de neumáticos para su uso en la superficie lunar. En general, Se propusieron tres diseños principales.

Primero, tenías las ruedas especialmente diseñadas para el rover Lunokhod, un vehículo ruso cuyo nombre se traduce literalmente como "caminante lunar". El diseño de la rueda de este rover consistió en ocho llantas rígidas, Neumáticos de malla de alambre que estaban conectados a sus ejes por radios tipo bicicleta. También se montaron tacos de metal en el exterior del neumático para garantizar una mejor tracción en el polvo lunar.

Luego estaba el concepto de la NASA para un Transportador de Equipo Modularizado (MET), que fue desarrollado con el apoyo de Goodyear. Este carro sin motor venía con dos llantas de goma lisas para que sea más fácil tirar del carro a través del suelo lunar y sobre rocas. Y luego estaba el diseño del vehículo itinerante lunar (LRV), que fue el último vehículo de la NASA en visitar la luna.

Este vehículo tripulado, que los astronautas del Apolo solían conducir en la desafiante superficie lunar, se basó en cuatro grandes, Ruedas de malla de alambre flexible con marcos internos rígidos. A mediados de la década de 2000, cuando la NASA comenzó a planificar el montaje de nuevas misiones a la luna (y futuras misiones a Marte), comenzaron a reevaluar el neumático LRV e incorporaron nuevos materiales y tecnologías en el diseño.

El fruto de esta renovada investigación fue el Spring Tire, que fue obra del ingeniero de investigación mecánica Vivake Asnani, que trabajó en estrecha colaboración con Goodyear para desarrollarlo. El diseño requería un airless, neumático compatible compuesto por cientos de alambres de acero enrollados, que luego se tejieron en una malla flexible. Esto no solo aseguró un peso ligero, pero también les dio a los neumáticos la capacidad de soportar cargas elevadas mientras se adaptaban al terreno.

Para ver cómo le iría al Spring Tire en Marte, Los ingenieros del Centro de Investigación Glenn de la NASA comenzaron a probarlos en el laboratorio Slope, donde los corrieron a través de una carrera de obstáculos que simulaba el entorno marciano. Si bien los neumáticos funcionaron generalmente bien en arena simulada, experimentaron problemas cuando la malla de alambre se deformó después de pasar sobre rocas irregulares.

Para abordar esto, Colin Creager y Santo Padua (un ingeniero y científico de materiales de la NASA, respectivamente) discutieron posibles alternativas. A tiempo, acordaron que los alambres de acero deberían ser reemplazados por níquel titanio, una aleación con memoria de forma que es capaz de conservar su forma en condiciones difíciles. Como explicó Padua en un segmento de video de Glenn de la NASA, la inspiración para usar esta aleación fue muy fortuita:

"Acabo de estar en el edificio aquí, donde está el laboratorio de Slope. Y estuve aquí para una reunión diferente por el trabajo que hago en aleaciones con memoria de forma, y me encuentro con Colin en el pasillo. Y yo estaba como '¿qué estás haciendo y por qué no estás en el laboratorio de impacto?' - porque lo conocí de estudiante. Él dijo, 'bien, Me he graduado y he estado trabajando aquí a tiempo completo durante un tiempo ... trabajo en Slope ".

A pesar de trabajar en JPL durante 10 años, Padua no había visto antes el laboratorio de Slope y aceptó una invitación para ver en qué estaban trabajando. Después de entrar al laboratorio y mirar los Spring Tires que estaban probando, Padua preguntó si tenían problemas de deformación. Cuando Creager admitió que sí, Padua propuso una solución que resultó ser su campo de especialización.

"Nunca había oído hablar del término aleaciones con memoria de forma antes, pero sabía que [Padua] era un ingeniero en ciencias de los materiales, "dijo Creager." Y así, desde entonces hemos estado colaborando en estos neumáticos utilizando su experiencia en materiales, especialmente en aleaciones con memoria de forma, para crear este nuevo neumático que creemos que realmente va a revolucionar los neumáticos planetarios de rover y, potencialmente, incluso los neumáticos para la Tierra ".

La clave de las aleaciones con memoria de forma es su estructura atómica, que se ensambla de tal manera que el material "recuerde" su forma original y pueda volver a ella después de haber sido sometido a deformaciones y tensiones. Después de construir el neumático de aleación con memoria de forma, los ingenieros de Glenn lo enviaron al Laboratorio de Propulsión a Chorro, donde se probó en las instalaciones de prueba de vida de Marte.

En general, los neumáticos no solo funcionaron bien en arena marciana simulada, pero fueron capaces de soportar pasar sin dificultad por encima de afloramientos rocosos castigadores. Incluso después de que los neumáticos se deformaron hasta los ejes, pudieron conservar su forma original. También lograron hacer esto mientras llevaban una carga útil significativa, que es otro requisito previo al desarrollar neumáticos para vehículos de exploración y rovers.

Las prioridades de Mars Spring Tire (MST) son ofrecer una mayor durabilidad, mejor tracción en arena blanda, y peso más ligero. Como indica la NASA en el sitio web del MST (parte del sitio web del Centro de Investigación Glenn), Existen tres beneficios principales al desarrollar neumáticos que cumplan con las normas de alto rendimiento, como el Spring Wheel:

"Primero, permitirían a los exploradores explorar regiones más grandes de la superficie de lo que es posible actualmente. En segundo lugar, porque se adaptan al terreno y no se hunden tanto como las ruedas rígidas, pueden transportar cargas útiles más pesadas para la misma masa y volumen dados. Finalmente, porque los neumáticos compatibles pueden absorber energía de impactos a velocidades moderadas a altas, se pueden usar en vehículos de exploración tripulados que se espera que se muevan a velocidades significativamente más altas que los actuales rovers de Marte ".

La primera oportunidad disponible para probar estos neumáticos está a solo unos años de distancia, cuando el Mars 2020 Rover de la NASA sea enviado a la superficie del Planeta Rojo. Una vez ahí, el rover continuará donde lo dejaron Curiosity y otros rovers, buscando signos de vida en el duro entorno de Marte. El rover también tiene la tarea de preparar muestras que eventualmente serán devueltas a la Tierra por una misión tripulada. que se espera que tenga lugar en algún momento de la década de 2030.