ال تجوال الفضول حققت بعض الاكتشافات المذهلة خلال السنوات الخمس التي قضاها في العمل على سطح المريخ. وأثناء إجراء البحث ، قطعت العربة الجوالة بعض الأميال الخطيرة. ومع ذلك ، فقد كانت مفاجأة بالتأكيد أثناء الاختبارات الروتينية في 2013 ، لاحظ أعضاء فريق علم Curiosity أن عجلاتها تعرضت للتمزق في مداسها (تليها فواصل تم الإبلاغ عنها في 2017 ).
بالنظر إلى المستقبل ، يأمل الباحثون في مركز أبحاث جلين التابع لناسا في تجهيز الجيل القادم من المركبات الجوالة بعجلة جديدة. إنه يقوم على ' ربيع صور '، الذي طورته وكالة ناسا مع Goodyear في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. ومع ذلك ، بدلاً من استخدام أسلاك فولاذية ملفوفة منسوجة في نمط شبكي (والذي كان جزءًا من التصميم الأصلي) ، ابتكر فريق من علماء ناسا نسخة أكثر متانة ومرونة يمكن أن تحدث ثورة في استكشاف الفضاء.
عندما يتعلق الأمر به ، فإن القمر والمريخ والأجسام الأخرى في النظام الشمسي لها تضاريس قاسية وصعبة. في حالة القمر ، فإن المشكلة الرئيسية هي الثرى (المعروف أيضًا باسم غبار القمر) الذي يغطي غالبية سطحه. هذا الغبار الناعم هو في الأساس أجزاء خشنة من الصخور القمرية التي تلحق الضرر بالمحركات ومكونات الماكينة. يختلف الوضع قليلاً على كوكب المريخ ، حيث تغطي الصخور الحادة والثرية معظم التضاريس.
صورة تم التقاطها بواسطة كاميرا Mars Hand Lens Imager (MAHLI) تُظهر حالة عجلات Curiosity اليسرى والوسطى واليسرى الخلفية. الائتمان: NASA / JPL-Caltech / MSSS
في عام 2013 ، بعد عام واحد فقط على السطح ، بدأت عجلات Curiosity تظهر علامات التآكل والتلف نظرًا لاجتيازها تضاريس وعرة بشكل غير متوقع. أدى هذا إلى قلق الكثيرين من أن المركبة الجوالة قد لا تتمكن من إكمال مهمتها. كما أدى إلى قيام الكثيرين في مركز أبحاث جلين التابع لناسا بإعادة النظر في التصميم الذي كانوا يعملون عليه قبل عقد من الزمان تقريبًا ، والذي كان مخصصًا لمهمات متجددة إلى القمر.
بالنسبة إلى ناسا جلين ، كان تطوير الإطارات محورًا للبحث لمدة عقد تقريبًا حتى الآن. في هذا الصدد ، يعودون إلى تقليد عريق لمهندسي وعلماء ناسا ، والذي بدأ في عصر أبولو. في ذلك الوقت ، كان كل من برامج الفضاء الأمريكية والروسية يقومان بتقييم تصميمات إطارات متعددة لاستخدامها على سطح القمر. بشكل عام ، تم اقتراح ثلاثة تصاميم رئيسية.
أولاً ، كان لديك عجلات مصممة خصيصًا لـ روفر لونوخود ، مركبة روسية يُترجم اسمها حرفيًا إلى 'Moon Walker'. يتألف تصميم العجلة لهذه العربة الجوالة من ثمانية إطارات ذات حواف صلبة وشبكية سلكية تم توصيلها بمحاورها بواسطة مكابح من نوع الدراجة. كما تم تثبيت مرابط معدنية على الجزء الخارجي من الإطار لضمان جر أفضل في الغبار القمري.
ثم كان هناك مفهوم ناسا لناقل المعدات المعيارية (MET) ، والذي تم تطويره بدعم من Goodyear. تأتي هذه العربة غير المزودة بالطاقة مزودة بإطارين من المطاط الأملس مملوءين بالنيتروجين لتسهيل سحب العربة عبر تربة القمر وفوق الصخور. ثم كان هناك تصميم لـ المركبة القمرية الجوالة (LRV) ، والتي كانت آخر مركبة ناسا تزور القمر.
اعتمدت هذه المركبة المأهولة ، التي استخدمها رواد فضاء أبولو للقيادة على سطح القمر الصعب ، على أربع عجلات كبيرة مرنة شبكية سلكية مع إطارات داخلية صلبة. خلال منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، عندما بدأت ناسا التخطيط لتركيب بعثات جديدة إلى القمر (والبعثات المستقبلية إلى المريخ) ، بدأوا إعادة تقييم إطار LRV ودمج مواد وتقنيات جديدة في التصميم.
وكانت ثمار هذا البحث المتجدد هو Spring Tire ، الذي كان من عمل مهندس البحوث الميكانيكية فيفاكي أسناني ، الذين عملوا بشكل وثيق مع Goodyear لتطويره. دعا التصميم إلى وجود إطار متوافق بدون تهوية مكون من مئات الأسلاك الفولاذية الملفوفة ، والتي تم نسجها بعد ذلك في شبكة مرنة. لم يضمن ذلك الوزن الخفيف فحسب ، بل أعطى الإطارات أيضًا القدرة على تحمل الأحمال العالية أثناء التوافق مع التضاريس.
لمعرفة كيف ستعمل إطارات الربيع على المريخ ، بدأ المهندسون في مركز أبحاث جلين التابع لناسا باختبارها في معمل سلوب ، حيث قاموا بتشغيلها عبر مسار عقبة يحاكي بيئة المريخ. بينما كان أداء الإطارات جيدًا بشكل عام في محاكاة الرمل ، فقد واجهت مشاكل عند تشوه الشبكة السلكية بعد مرورها فوق الصخور الخشنة.
لمعالجة هذا الأمر ، ناقش كولين كريجر وسانتو بادوا (مهندس ناسا وعالم مواد ، على التوالي) البدائل الممكنة. وبمرور الوقت ، اتفقوا على ضرورة استبدال الأسلاك الفولاذية بالنيكل تيتانيوم ، وهي سبيكة ذاكرة ذات شكل قادر على الاحتفاظ بشكلها في ظل الظروف الصعبة. كما أوضح بادوا في أ مقطع فيديو جلين التابع لناسا ، كان مصدر إلهام استخدام هذه السبيكة صدفة للغاية:
'لقد حدث أن كنت في المبنى هنا ، حيث يوجد مختبر سلوب. وقد كنت هنا لحضور اجتماع مختلف للعمل الذي أقوم به في سبائك ذاكرة الشكل ، وصدف أن صادفت كولين في القاعة. وكنت مثل 'ما الذي تفعله مرة أخرى ولماذا لم تنته في مختبر التأثير؟' - لأنني كنت أعرفه كطالب. قال ، 'حسنًا ، لقد تخرجت ، وأنا أعمل هنا بدوام كامل لبعض الوقت ... أعمل في سلوب.'
على الرغم من العمل في مختبر الدفع النفاث لمدة عشر سنوات ، لم ير بادوفا مختبر سلوب من قبل وقبل 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 Creager بأنهم كذلك ، اقترح Padua حلاً صادف أن يكون مجال خبرته.
قال كريجر: 'لم أسمع أبدًا بمصطلح سبائك ذاكرة الشكل من قبل ، لكنني كنت أعرف أن [بادوفا] كان مهندسًا لعلوم المواد'. 'وهكذا ، منذ ذلك الحين ، نتعاون في هذه الإطارات باستخدام خبرته في المواد ، لا سيما في سبائك ذاكرة الشكل ، للتوصل إلى هذا الإطار الجديد الذي نعتقد أنه سيحدث ثورة في إطارات المركبات الكوكبية وربما حتى الإطارات للأرض أيضًا . '
المفتاح لتشكيل سبائك الذاكرة هو هيكلها الذري ، والذي يتم تجميعه بطريقة تجعل المادة 'تتذكر' شكلها الأصلي وتكون قادرة على العودة إليه بعد تعرضها للتشوه والضغط. بعد بناء إطار سبائك الذاكرة الشكل ، أرسله مهندسو جلين إلى مختبر الدفع النفاث ، حيث تم اختباره في منشأة اختبار الحياة على المريخ.
بشكل عام ، لم يكن أداء الإطارات جيدًا في محاكاة رمال المريخ فحسب ، بل تمكنت أيضًا من الصمود أمام معاقبة النتوءات الصخرية دون صعوبة. حتى بعد تشوه الإطارات على طول الطريق وصولاً إلى محاورها ، كانوا قادرين على الاحتفاظ بشكلها الأصلي. تمكنوا أيضًا من القيام بذلك أثناء حمل حمولة كبيرة ، وهو شرط أساسي آخر عند تطوير إطارات مركبات الاستكشاف والعربات الجوالة.
تتمثل أولويات إطار مارس الزنبركي (MST) في توفير متانة أكبر ، وجر أفضل في الرمال الناعمة ، ووزن أخف. كما تشير ناسا على موقع MST (جزء من موقع مركز أبحاث جلين) ، هناك ثلاث فوائد رئيسية لتطوير إطارات متوافقة عالية الأداء مثل Spring Wheel:
'أولاً ، سيسمحون للمركبات الجوالة باستكشاف مناطق أكبر من السطح مما هو ممكن حاليًا. ثانيًا ، نظرًا لأنها تتوافق مع التضاريس ولا تغرق بقدر العجلات الصلبة ، فيمكنها حمل حمولات أثقل لنفس الكتلة والحجم المعينين. أخيرًا ، نظرًا لأن الإطارات المتوافقة يمكنها امتصاص الطاقة من الاصطدامات بسرعات معتدلة إلى عالية ، فيمكن استخدامها في مركبات الاستكشاف المأهولة والتي من المتوقع أن تتحرك بسرعات أعلى بكثير من مركبات المريخ الحالية '.
كانت أول فرصة متاحة لاختبار هذه الإطارات على بعد بضع سنوات فقط ، عندما كانت وكالة ناسا روفر 2020 على سطح الكوكب الأحمر. وبمجرد الوصول إلى هناك ، ستستأنف العربة الجوالة المكان الذي توقفت فيه كيوريوسيتي والمركبات الجوالة الأخرى ، بحثًا عن علامات الحياة في بيئة المريخ القاسية. تم تكليف المركبة الجوالة أيضًا بإعداد العينات التي ستُعاد في النهاية إلى الأرض بواسطة مهمة مأهولة ، والتي من المتوقع أن تتم في وقت ما في ثلاثينيات القرن الحالي.