le Curiosity Rover a fait des découvertes incroyables au cours des cinq années qu'il a opérées à la surface de Mars. Et au cours de ses recherches, le rover a également accumulé un certain kilométrage. Cependant, cela a certainement été une surprise lorsque lors d'un examen de routine en 2013, les membres de l'équipe scientifique de Curiosity ont noté que ses roues avaient subi des déchirures dans leurs marches (suivies de pauses signalées en 2017).
Pour l'avenir, les chercheurs du Glenn Research Center de la NASA espèrent équiper les rovers de nouvelle génération d'une nouvelle roue. Il est basé sur le «Spring Tire», que la NASA a développé avec Goodyear au milieu des années 2000. Cependant, plutôt que d'utiliser des fils d'acier enroulés tissés dans un modèle de maille (qui faisait partie de la conception originale), une équipe de scientifiques de la NASA a créé une version plus durable et flexible qui pourrait révolutionner l'exploration spatiale.
En fin de compte, la Lune, Mars et d'autres corps du système solaire ont un terrain dur et punitif. Dans le cas de la Lune, le problème principal est le régolithe (aka. Poussière de lune) qui couvre la majorité de sa surface. Cette fine poussière est essentiellement des morceaux déchiquetés de roche lunaire qui ravagent les moteurs et les composants de la machine. Sur Mars, la situation est légèrement différente, avec du régolithe et des roches acérées couvrant la majeure partie du terrain.
En 2013, après seulement un an en surface, les roues du rover Curiosity ont commencé à montrer des signes d'usure en raison de leur traversée d'un terrain accidenté et rude. Cela a amené beaucoup de gens à craindre que le rover ne puisse pas terminer sa mission. Cela a également conduit de nombreuses personnes au Glenn Research Center de la NASA à reconsidérer une conception sur laquelle ils avaient travaillé près d'une décennie auparavant, qui était destinée à de nouvelles missions sur la Lune.
Pour la NASA Glenn, le développement de pneus est au centre des recherches depuis environ une décennie maintenant. À cet égard, ils reviennent à une tradition séculaire d'ingénieurs et de scientifiques de la NASA, qui a commencé à l'époque d'Apollo. À l'époque, les programmes spatiaux américain et russe évaluaient plusieurs conceptions de pneus à utiliser sur la surface lunaire. Dans l'ensemble, trois conceptions majeures ont été proposées.
Tout d'abord, vous avez eu les roues spécialement conçues pour le rover Lunokhod, un véhicule russe dont le nom se traduit littéralement par «Moon Walker». La conception des roues de ce rover consistait en huit pneus à jantes rigides en treillis métallique qui étaient reliés à leurs essieux par des rayons de type vélo. Des crampons métalliques ont également été montés à l'extérieur du pneu pour assurer une meilleure traction dans la poussière lunaire.
Ensuite, il y a eu le concept de la NASA pour un transporteur d'équipement modulaire (MET), qui a été développé avec le soutien de Goodyear. Ce chariot non motorisé était livré avec deux pneus en caoutchouc lisse remplis d'azote pour faciliter le passage du chariot à travers le sol lunaire et sur les rochers. Et puis il y avait la conception du véhicule lunaire itinérant (LRV), qui était le dernier véhicule de la NASA à visiter la Lune.
Ce véhicule avec équipage, que les astronautes d'Apollo utilisaient pour se déplacer sur la surface lunaire difficile, reposait sur quatre grandes roues flexibles en treillis métallique avec des cadres internes rigides. Au milieu des années 2000, lorsque la NASA a commencé à planifier de nouvelles missions sur la Lune (et de futures missions sur Mars), elle a commencé à réévaluer le pneu LRV et à incorporer de nouveaux matériaux et technologies dans la conception.
Le fruit de cette recherche renouvelée a été le Spring Tire, qui était le travail de l'ingénieur de recherche mécanique Vivake Asnani, qui a travaillé en étroite collaboration avec Goodyear pour le développer. La conception exigeait un pneu conforme airless, composé de centaines de fils d'acier enroulés, qui ont ensuite été tissés en une maille flexible. Cela a non seulement assuré un poids léger, mais a également donné aux pneus la capacité de supporter des charges élevées tout en se conformant au terrain.
Pour voir comment le Spring Tire se comporterait sur Mars, les ingénieurs du Glenn Research Center de la NASA ont commencé à les tester dans le laboratoire Slope, où ils les ont fait traverser une course à obstacles qui simulait l'environnement martien. Bien que les pneus se soient généralement bien comportés dans le sable simulé, ils ont rencontré des problèmes lorsque le grillage s'est déformé après être passé sur des roches dentelées.
Pour résoudre ce problème, Colin Creager et Santo Padua (ingénieur de la NASA et scientifique des matériaux, respectivement) ont discuté des alternatives possibles. Avec le temps, ils ont convenu que les fils d'acier devraient être remplacés par du nickel-titane, un alliage à mémoire de forme capable de conserver sa forme dans des conditions difficiles. Comme Padua l'a expliqué dans un segment vidéo de la NASA Glenn, l'inspiration pour utiliser cet alliage était très fortuite:
«Il se trouve que je me trouvais dans le bâtiment ici, où se trouve le laboratoire Slope. Et j'étais ici pour une autre réunion pour le travail que je fais dans les alliages à mémoire de forme, et il m'arrive de croiser Colin dans le hall. Et je me disais "qu'est-ce que tu fais en retour et pourquoi tu ne viens pas dans le laboratoire d'impact?" - parce que je le connaissais en tant qu'étudiant. Il a dit: "Eh bien, j'ai obtenu mon diplôme, et je travaille ici à temps plein depuis un certain temps ... Je travaille à Slope."
Bien que travaillant au JPL depuis dix ans, Padoue n'avait jamais vu le laboratoire Slope auparavant et avait accepté une invitation pour voir sur quoi ils travaillaient. Après être entré dans le laboratoire et avoir regardé les pneus de printemps qu'ils testaient, Padoue a demandé s'ils rencontraient des problèmes de déformation. Lorsque Creager a admis qu'ils l'étaient, Padoue a proposé une solution qui se trouvait justement être son domaine d'expertise.
«Je n'avais jamais entendu parler du terme alliages à mémoire de forme auparavant, mais je savais que [Padoue] était ingénieur en science des matériaux», a déclaré Creager. «Et donc, depuis lors, nous collaborons sur ces pneus en utilisant son expertise des matériaux, en particulier dans les alliages à mémoire de forme, pour proposer ce nouveau pneu qui, selon nous, va vraiment révolutionner les pneus de rovers planétaires et potentiellement même les pneus pour la Terre aussi. . "
La clé des alliages à mémoire de forme est leur structure atomique, qui est assemblée de telle sorte que le matériau «se souvienne» de sa forme d'origine et puisse y revenir après avoir été soumis à une déformation et à une déformation. Après avoir construit le pneu en alliage à mémoire de forme, les ingénieurs de Glenn l'ont envoyé au Jet Propulsion Laboratory, où il a été testé dans le Mars Life Test Facility.
Dans l'ensemble, les pneus ont non seulement bien performé dans le sable martien simulé, mais ont également pu résister sans peine aux punitions des affleurements rocheux. Même après que les pneus aient été déformés jusqu'à leurs essieux, ils ont pu conserver leur forme d'origine. Ils ont également réussi à le faire tout en portant une charge utile importante, ce qui est une autre condition préalable lors du développement de pneus pour les véhicules d'exploration et les rovers.
Les priorités du Mars Spring Tire (MST) sont d'offrir une plus grande durabilité, une meilleure traction dans le sable mou et un poids plus léger. Comme la NASA l’indique sur le site Web de MST (qui fait partie du site Web du Glenn Research Center), il existe trois avantages majeurs à développer des pneus conformes hautes performances comme la roue à ressort:
«Premièrement, ils permettraient aux rovers d'explorer de plus grandes régions de la surface qu'il n'est actuellement possible. Deuxièmement, étant donné qu'elles s'adaptent au terrain et ne coulent pas autant que les roues rigides, elles peuvent transporter des charges utiles plus lourdes pour la même masse et le même volume. Enfin, parce que les pneus conformes peuvent absorber l'énergie des chocs à des vitesses modérées à élevées, ils peuvent être utilisés sur des véhicules d'exploration avec équipage qui devraient se déplacer à des vitesses nettement supérieures à celles des rovers martiens actuels. »
La première opportunité disponible pour tester ces pneus est dans quelques années, lorsque la NASA Mars 2020 Rover sera envoyé à la surface de la planète rouge. Une fois là-bas, le rover reprendra là où Curiosity et d'autres rovers se sont arrêtés, à la recherche de signes de vie dans l'environnement hostile de Mars. Le rover est également chargé de préparer des échantillons qui seront éventuellement renvoyés sur Terre par une mission en équipage, qui devrait avoir lieu dans le courant des années 2030.
