los Curiosity Rover ha hecho algunos descubrimientos increíbles durante los cinco años que lleva operando en la superficie de Marte. Y en el curso de la realización de su investigación, el rover también ha acumulado algunos kilómetros serios. Sin embargo, sin duda fue una sorpresa cuando durante un examen de rutina en 2013, los miembros del equipo científico de Curiosity notaron que sus ruedas habían sufrido rasgaduras en sus huellas (seguidas de pausas reportadas 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 "Spring Tire", que la NASA desarrolló con Goodyear a mediados de la década de 2000. Sin embargo, en lugar de usar cables de acero enrollados entretejidos 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 en el Sistema Solar tienen un terreno duro y castigador. En el caso de la Luna, el problema principal es el regolito (también conocido como polvo de luna) 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 la máquina. 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 atraviesa un terreno inesperadamente duro. 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, destinado a misiones renovadas a la Luna.
Para la NASA Glenn, el desarrollo de neumáticos ha sido un foco de investigación durante aproximadamente una década. A este respecto, están volviendo a una tradición tradicional de ingenieros y científicos de la NASA, que comenzó en la era Apolo. En ese momento, tanto los programas espaciales estadounidenses como los rusos estaban evaluando múltiples diseños de neumáticos para su uso en la superficie lunar. En general, se propusieron tres diseños principales.
Primero, tenía las ruedas especialmente diseñadas para el rover Lunokhod, un vehículo ruso cuyo nombre se traduce literalmente como "Moon Walker". El diseño de la rueda para este rover consistía en ocho llantas rígidas de malla de alambre que estaban conectadas 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 Modular (MET), que fue desarrollado con el apoyo de Goodyear. Este carro sin motor viene con dos llantas de goma lisa y llena de nitrógeno para que sea más fácil tirar del carro a través del suelo lunar y sobre las rocas. Y luego estaba el diseño del Lunar Roving Vehicle (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 basaba en cuatro ruedas grandes y flexibles de malla de alambre con marcos internos rígidos. A mediados de la década de 2000, cuando la NASA comenzó a planear montar nuevas misiones a la Luna (y futuras misiones a Marte), comenzaron a reevaluar el neumático LRV e incorporar nuevos materiales y tecnologías en el diseño.
El fruto de esta investigación renovada fue el Spring Tire, que fue obra del ingeniero de investigación mecánica Vivake Asnani, quien trabajó estrechamente con Goodyear para desarrollarlo. El diseño requería una llanta sin aire, compatible, compuesta de cientos de alambres de acero enrollados, que luego se tejieron en una malla flexible. Esto no solo garantizó un peso liviano, sino que también les dio a los neumáticos la capacidad de soportar altas cargas mientras se ajustan al terreno.
Para ver cómo le iría a Spring Tire en Marte, los ingenieros del Centro de Investigación Glenn de la NASA comenzaron a probarlos en el laboratorio Slope, donde los condujeron a través de una carrera de obstáculos que simulaba el entorno marciano. Si bien los neumáticos se desempeñaron generalmente bien en arena simulada, experimentaron problemas cuando la malla de alambre se deformaba después de pasar sobre rocas irregulares.
Para abordar esto, Colin Creager y Santo Padua (un ingeniero de la NASA y científico de materiales, respectivamente) discutieron posibles alternativas. Con el tiempo, acordaron que los alambres de acero deberían reemplazarse con níquel titanio, una aleación con memoria de forma que es capaz de retener su forma en condiciones difíciles. Como Padua explicó en un segmento de video de la NASA Glenn, la inspiración para usar esta aleación fue muy fortuita:
“Simplemente estaba en el edificio aquí, donde está el laboratorio Slope. Y estaba 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 pensé "¿qué estás haciendo de regreso y por qué no has terminado en el laboratorio de impacto?", Porque lo conocía como estudiante. Él dijo: "bueno, me he graduado, y he estado trabajando aquí a tiempo completo por un tiempo ... trabajo en Slope".
A pesar de trabajar en JPL durante diez años, Padua no había visto el laboratorio Slope antes y aceptó una invitación para ver en qué estaban trabajando. Después de ingresar al laboratorio y observar los neumáticos Spring 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 antes había oído hablar del término aleaciones con memoria de forma, pero sabía que [Padua] era un ingeniero en ciencia de 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 móviles y potencialmente incluso los neumáticos para la Tierra también . "
La clave para las aleaciones con memoria de forma es su estructura atómica, que se ensambla de tal manera que el material "recuerda" su forma original y puede volver a ella después de ser sometido a deformación y tensión. Después de construir el neumático de aleación con memoria de forma, los ingenieros de Glenn lo enviaron al Laboratorio de Propulsión a Chorro, donde fue probado en la Instalación de Prueba de Vida de Marte.
En general, los neumáticos no solo funcionaron bien en arena marciana simulada, sino que también fueron capaces de soportar castigar afloramientos rocosos sin dificultad. Incluso después de que los neumáticos se deformaron hasta sus 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 del Mars Spring Tire (MST) son ofrecer una mayor durabilidad, una mejor tracción en arena blanda y un peso más ligero. Como lo indica la NASA en el sitio web de MST (parte del sitio web del Centro de Investigación Glenn), existen tres beneficios principales para el desarrollo de neumáticos que cumplan con el alto rendimiento como el Spring Wheel:
“Primero, permitirían a los exploradores explorar regiones más grandes de la superficie de lo que actualmente es posible. En segundo lugar, debido a que se ajustan al terreno y no se hunden tanto como las ruedas rígidas, pueden transportar cargas útiles más pesadas para la misma masa y volumen dados. Por último, debido a que los neumáticos que cumplen con los requisitos pueden absorber energía de los impactos a velocidades moderadas a altas, pueden usarse en vehículos de exploración tripulados que se espera que se muevan a velocidades significativamente más altas que los rovers actuales de Marte ".
La primera oportunidad disponible para probar estos neumáticos está a solo unos años de distancia, cuando la NASA Mars 2020 Rover será enviado a la superficie del planeta rojo. Una vez allí, el vehículo continuará donde Curiosity y otros vehículos se han quedado, en busca de signos de vida en el ambiente hostil 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 en la década de 2030.
