لاستیک‌های خودرو‌های فضانوردی در ماه و مریخ چه وضعیتی دارند؟

باشگاه خبرنگاران جوان؛ جواد فراهانی - تنها یک سال پس از فرود مریخ نورد بدون سرنشین «کنجکاوی» در سال ۲۰۱۲، شش لاستیک این مریخ‌نورد به طور قابل توجهی شروع به فرسودگی کردند که نتیجه قرار گرفتن مداوم در معرض محیط خشن مریخ بود.

در مورد ماه، نیز ماموریت‌های آرتمیس ایالات متحده با هدف بازگرداندن فضانوردان به سطح آن، احتمالاً تا سال ۲۰۲۷ انجام می‌شود. با شروع ماموریت آرتمیس ۵ که قرار است در سال ۲۰۳۰ آغاز شود، این ماموریت‌ها برای کاوش در منطقه قطب جنوب ماه به یک فضاپیمای تخصصی ماه‌نورد متکی خواهند بود. 

انتظار می‌رود فضانوردان آرتمیس مسافت‌های بسیار بیشتری را نسبت به فضانوردان آپولو طی کنند، که مجموع سفر‌های آنها در شش فرود قمری بین سال‌های ۱۹۶۹ تا ۱۹۷۲ از ۴۰ کیلومتر در سطح ماه فراتر نرفت.

برای دستیابی به این گسترش در اکتشاف، وسیله نقلیه قمری باید به چرخ‌هایی مجهز باشد که بتوانند در برابر استفاده طولانی مدت و زمین ناهموار مقاومت کنند. همین امر در مورد وسایل نقلیه‌ای که برای مریخ برنامه‌ریزی شده‌اند نیز صدق می‌کند، که با چالش بزرگ‌تری رو‌به‌رو خواهند بود: پیمودن مسافتی معادل ۱۰،۰۰۰ کیلومتر در ده سال.

چالش‌های پیچیده اقلیمی و فنی

تغییرات شدید دما یکی از چالش‌های اصلی پیش روی توسعه فناوری مناسب برای ماموریت‌های ماه و مریخ است. در قطب‌های ماه، دما می‌تواند تا منفی ۲۳۰ درجه سانتیگراد کاهش یابد، سطحی که اتم‌ها نمی‌توانند حرکت کنند و عملکرد تایر‌ها را به طور قابل توجهی محدود می‌کند.

در این حالت، مواد قادر به تغییر شکل و بازگشت به شکل اولیه خود نمی‌شوند، که باعث می‌شود تایر انعطاف‌پذیری خود را از دست بدهد و توانایی آن را برای عبور از سنگ‌ها و موانع محدود کند. وقتی لاستیک‌ها به طور دائمی تغییر شکل می‌دهند، راندمان چرخشی آنها کاهش می‌یابد و اتلاف انرژی افزایش می‌یابد که بر عملکرد کل وسیله نقلیه تأثیر منفی می‌گذارد.

این چالش وقتی پیچیده‌تر می‌شود که ظرفیت بار فضاپیما‌های آینده را با فضاپیما‌های مورد استفاده در برنامه آپولو مقایسه کنیم. وسایل نقلیه جدید بسیار سنگین‌تر خواهند بود که این امر فشار روی چرخ‌ها را دو برابر می‌کند. اگرچه این مشکل در ماه قابل توجه است، اما در مریخ که گرانشی تقریباً دو برابر ماه دارد، حتی شدیدتر است.

گزینه‌های نوآورانه برای لاستیک‌های آینده

در برنامه آپولو، از لاستیک‌هایی ساخته شده از شبکه‌ای از سیم‌های فلزی با روکش روی استفاده می‌شد و برد حرکتی آنها بیش از ۳۰ کیلومتر نبود. این فلز به دلیل توانایی‌اش در مقاومت در برابر دما‌های بسیار بالا و پرتو‌های کیهانی، که لاستیک را تجزیه کرده و آن را به یک ماده شیشه‌ای شکننده تبدیل می‌کنند، به عنوان جایگزینی برای لاستیک انتخاب شد. با ادامه چالش‌ها، امروزه گزینه‌های جدید و امیدوارکننده‌ی بسیاری پدیدار می‌شوند.

یکی از رهبران این حوزه، میشلن است که مشخص کرده بهترین مواد برای لاستیک‌های فضایی بدون هوا، ترکیبی از آلیاژ‌های فلزی و پلاستیک‌های با کارایی بالا هستند.

یکی از برجسته‌ترین کاندیداها، نیتینول، آلیاژی از نیکل و تیتانیوم است. وقتی این دو عنصر با هم ترکیب می‌شوند، فلزی ایجاد می‌شود که به طور منحصر به فردی انعطاف‌پذیر است، قادر به خم شدن و تغییر شکل به روش‌های مختلف است و سپس بدون از دست دادن عملکرد، به شکل اولیه خود بازمی‌گردد.

در مقابل، بریجستون رویکردی کاملاً متفاوت را در پیش گرفت و با الهام از طبیعت پای شتر، که دارای پد‌های نرم و چرب است که وزن را در سطح وسیعی توزیع می‌کند و از فرو رفتن آنها در شن و ماسه جلوگیری می‌کند، این رویکرد را برگزید.

بر اساس این ایده، بریجستون لاستیک‌هایی طراحی کرد که دارای ماده‌ای نمد مانند در آج هستند و چرخ‌های آنها از سیم‌های فلزی نازک و خم‌شونده ساخته شده است. این طراحی، وزن را در ناحیه وسیع‌تری از سطح ماه توزیع می‌کند و به وسیله نقلیه کمک می‌کند تا بدون گیر کردن یا از دست دادن تعادل، از روی سنگ‌ها و گرد و غبار عبور کند.

برای اطمینان از کارایی این مدل، بریجستون در حال انجام آزمایش‌های میدانی در تپه‌های شنی توتوری در غرب ژاپن است که شرایط کره ماه را شبیه‌سازی می‌کنند. 

انتظار می‌رود ناسا اواخر امسال در مورد نوع لاستیک‌هایی که برای ماموریت‌های آینده آرتمیس استفاده خواهد کرد، تصمیم نهایی را بگیرد و احتمالاً برای عملکرد بهینه، یک نوع واحد یا ترکیبی از فناوری‌های میشلن و بریجستون را انتخاب کند.

منبع: ارم نیوز