Як не пробити колесо на Місяці – і чому це важливо на Землі

Підпис до фото, Місяцеходи місії “Аполлон” були легкими транспортними засобами

• Author, Падрейг Белтон
• Role, Кореспондент ВВС з питань технологій
• 39 хвилин(и) тому

Повернутися через пів століття на Місяць, а потім вирушити на Марс – це все одно що заново винайти велосипед. І шлях на Марс буде ще довшим, якщо у вас пробите колесо.

“Чого аж ніяк не можна допустити – так це прокол колеса”, – каже Флоран Менего, головний виконавчий директор французького виробника шин Michelin.

Важкі умови на Марсі добре проілюстрував досвід безпілотного марсохода Curiosity. Усього через рік після посадки у 2012 році його шість жорстких алюмінієвих шин були суттєво пошкоджені проколами та розривами.

Тим часом у рамках місії “Артеміда” вже до 2027 року на місяць планують відправити людей.

Пізніші місії планують досліджувати південний полюс Місяця за допомогою місяцехода, починаючи з місії “Артеміда V”, запланованої на 2030 рік.

Астронавти “Артеміди” проїдуть набагато далі, ніж їхні попередники з програми “Аполлон”, які за шість посадок між 1969 і 1972 роками ніколи не долали більше 40 км по поверхні Місяця.

“Мета – подолати 10 000 кілометрів за 10 років”, – каже Сільвен Барте, який керує програмою створення безповітряних коліс Michelin для місячних літальних апаратів у центральнофранцузькому місті Клермон-Ферран.

“Йдеться не про короткі тижневі періоди, а про десятиліття використання”, – каже доктор Санто Падула, який має ступінь доктора філософії з матеріалознавства та працює в NASA інженером у Дослідницькому центрі Джона Гленна в Клівленді, штат Огайо.

Підпис до фото, Кам’яниста поверхня Марса пошкодила шини CuriosityОдним із викликів для тих, хто розробляє технології для Місяця, є величезні коливання температур.

На місячних полюсах температура може опускатися нижче -230°C, що недалеко від абсолютного нуля, коли атоми перестають рухатися. І це проблема для шин.

“Без руху атомів матеріалу важко деформуватися та повертатися до попереднього стану”, – каже доктор Падула.

Шини повинні мати можливість деформуватися, коли вони їдуть по камінню, а потім повертаються до своєї початкової форми.

“Якщо ми постійно деформуємо шину, вона не їде ефективно, і у нас виникнуть проблеми з втратою потужності”, – каже доктор Падула.

Нові колеса також нестимуть набагато більше навантаження, ніж легкі марсоходи, на яких їздили астронавти “Аполлона”.

Наступні космічні місії повинні будуть переміщати “більші наукові платформи та мобільне житло, які ставатимуть усе більшими й більшими”, – каже він.

І це буде ще більшою проблемою на Марсі, де гравітація вдвічі сильніша, ніж на Місяці.

Підпис до фото, Michelin використовує високопродуктивні пластмаси для своїх місячних шинМісяцеходи “Аполлона” використовували шини, виготовлені з оцинкованого рояльного дроту у плетеній сітці, з дальністю їзди близько 40 км.

Оскільки екстремальні температури та космічні промені руйнують гуму або перетворюють її на крихке скло, головними претендентами на виготовлення безповітряних космічних шин є металеві сплави та високоефективний пластик.

“Для цих коліс використовують металеві або вуглецево-волокнисті матеріали”, – каже П’єтро Багліон, керівник групи місії Європейського космічного агентства (ЄКА) “Розалінд Франклін”, яка має на меті відправити власний марсохід на Марс до 2028 року.

Одним з перспективних матеріалів є нітинол, сплав нікелю та титану.

“З’єднайте їх, і ви отримаєте метал, що діє як гума, який може згинатися різноманітними способами і завжди повертатиметься до своєї початкової форми”, – каже Ерл Патрік Коул, головний виконавчий директор компанії Smart Tire Company.

Він називає гнучкі властивості нітинолу “однією з найбожевільніших речей, які ви коли-небудь побачите”.

Нітинол – потенційно “революційний” матеріал, каже доктор Падула, оскільки сплав також поглинає та вивільняє енергію під час зміни стану. Він навіть може запропонувати рішення для нагрівання та охолодження, каже він.

Барте з Michelin вважає, що для шин, яким потрібно долати великі відстані на Місяці, краще пасуватиме матеріал, ближчий до високопродуктивного пластику.

Підпис до фото, Bridgestone імітує копита верблюдаBridgestone застосувала біомімікрійний підхід, створивши модель, що нагадує копита верблюдів.

Верблюди мають м’які, розширені копита, які розподіляють їхню вагу на ширшу площу поверхні, запобігаючи зануренню їхніх ніг у пухкий піщаний ґрунт.

Натхненний цим, Bridgestone використовує матеріал, схожий на фетр, для протектора, а колесо складається з тонких металевих спиць, які можуть згинатися.

Згинання розподіляє вагу місячного модуля на більшу площу контакту, тому він може рухатися, не застрягаючи в уламках каміння та пилу на поверхні Місяця.

Michelin та Bridgestone входять до складу різних консорціумів, які разом з каліфорнійською астролабораторією Venturi представляють свою технологію шин NASA в Центрі Джона Гленна цього місяця (травня).

Очікують, що NASA прийме рішення вже цього року – вона може вибрати одну пропозицію або використати елементи кількох з них.

Michelin тестує свої шини, заганяючи марсохід-зразок на вулкан поблизу Клермона, чий порошкоподібний рельєф нагадує поверхню Місяця.

Bridgestone робить те саме на піщаних дюнах Тотторі на заході Японії.

За словами Барте, ЄКА також вивчає можливість створення власного марсохода для інших місій.

Ця робота може мати корисне застосування тут, на Землі.

Працюючи над докторською дисертацією в Університеті Південної Каліфорнії, доктор Коул приєднався до підприємницької програми NASA, щоб працювати над комерціалізацією деяких технологій, отриманих за допомогою шин надпружного марсохода.

Прикладом цього року стануть нікель-титанові велосипедні шини. Із ціною близько 150 доларів кожна, ці шини набагато дорожчі за звичайні, але будуть надзвичайно міцними.

Коул планує цього року працювати над міцними шинами для мотоциклів, призначеними для районів з нерівними дорогами. Однак його мрією залишається долучитися до повернення людини на Місяць.

“Щоб я зміг сказати своїм дітям: подивіться туди, на Місяць. Там татові шини”, – каже він.