NASA的革命性形狀記憶合金輪胎可以征服火星地形
隨著美國國家航空暨太空總署(NASA)測試革命性的形狀記憶合金(SMA)彈簧輪胎,以應對火星的惡劣地形,太空探索正在取得令人振奮的進展。這些創新輪胎是美國太空總署格倫分局與固特異公司合作開發的,與傳統金屬不同,它們可以承受極端變形並恢復原狀。
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裝有形狀記憶合金彈簧輪胎的測試漫遊車在模擬火星的岩石地形上行駛。 資料來源:美國國家航空暨太空總署
幾個世紀以來,火星一直吸引著科學家和探險家的目光。 作為距離太陽的第四顆行星,火星就像一片廣闊的紅色沙漠,地形崎嶇不平,充滿挑戰。 儘管有多個機器人任務前往火星,但美國國家航空暨太空總署(NASA)只探索了火星表面約1%的區域。 為了為未來的人類和機器人任務做準備,NASA 最近在模擬火星地形上進行了廣泛的漫遊車測試。 這項測試採用了美國國家航空暨太空總署克利夫蘭格倫研究中心與固特異輪胎橡膠公司合作開發的突破性形狀記憶合金(SMA)彈簧輪胎技術。
漫遊車–用於探索行星和月球表面的移動機器人–需要高度耐用的輪胎才能有效地在環境中航行。 火星的岩石和凹凸不平的地形給移動性帶來了巨大挑戰,因此堅固靈活的輪胎對成功探索火星至關重要。 形狀記憶合金(SMA)彈簧輪胎為應對這些挑戰提供了一個前景廣闊的解決方案。
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美國國家航空暨太空總署格倫研究中心和空中巴士防務與航太公司的研究人員在火星模擬地形上與測試漫遊車合影。 資料來源:美國國家航空暨太空總署
形狀記憶合金是一種特殊的金屬,在彎曲、拉伸、加熱或冷卻後可以恢復到原來的形狀。 幾十年來,美國國家航空暨太空總署(NASA)已在各種應用中使用了這種技術,而將其應用到漫遊車輪胎中則是一項相對較新且令人興奮的發展。
美國太空總署格倫分局的材料研究工程師桑托-帕杜拉博士(Santo Padula II)說:「我們格倫分局是世界領先的科學研究機構之一,我們研究如何改變合金成分,如何改變材料加工工藝,以及如何對這些系統進行建模,從而控制和穩定其行為,使其能夠在實際應用中發揮作用。
Padula 和他的團隊已經對SMA 的幾種應用進行了測試,但一次偶然的機會讓他頓悟到了輪胎的可能性。
在一次會議結束後,帕杜拉遇到了多年未見的美國國家航空暨太空總署格倫分局機械工程師科林-克雷格(Colin Creager)。克雷格藉此機會向他介紹了自己在美國太空總署格倫模擬月球運行(SLOPE)實驗室所做的工作,該實驗室可以模擬月球和火星表面,幫助科學家測試漫遊車的性能。他把帕杜拉帶到實驗室,帕杜拉立刻注意到了彈簧輪胎。當時,它們是由鋼製成的。
從那時起,帕杜拉、克雷格和他們的團隊聯手使用一種改變遊戲規則的材料:鎳鈦SMA,來改進NASA 現有的彈簧輪胎。 這種金屬在承受極大應力的情況下仍能保持變形,即使受到劇烈衝擊,輪胎也能恢復到原來的形狀,而使用傳統金屬製造的彈簧輪胎則無法做到這一點。
從那時起,研究就一直在進行,2024 年秋天,來自NASA 格倫的團隊前往位於英國斯蒂文尼奇的空中巴士防務與航太公司,測試NASA 的創新SMA 彈簧輪胎。 測試在空中巴士火星場進行,這是一個封閉的設施,旨在模擬火星地形的惡劣條件。
克雷格說:「我們和團隊一起去了那裡,帶上我們的運動追蹤系統,在上坡和下坡時進行了不同的測試。我們還在岩石和沙地上進行了大量的跨坡測試,重點是了解穩定性,因為這是我們以前從未測試過的。
在測試過程中,研究人員在車輪碾過岩石時對漫遊車進行監測,密切注意輪胎胎冠的移動程度、出現的任何損壞以及下坡滑動。 研究小組預計會出現滑動和移位,但這種情況非常少,測試結果符合所有預期。 研究人員也對輪胎的穩定性、機動性和岩石穿越能力進行了深入研究。
隨著美國國家航空暨太空總署(NASA)不斷推動深空探測系統的發展,該局的艙外活動和人類表面機動性計劃邀請帕杜拉研究更多的方法來改善SMA的性能,以用於未來的漫遊車輪胎和其他潛在用途,包括月球環境。
帕杜拉說:”我的目標是提高SMA在輪胎等應用中的工作溫度能力,並研究如何將這些材料用於保護棲息地。我們需要適用於極端環境的新材料,能夠為發生在月球上的微隕石撞擊提供能量吸收,以便為大量太空人和科學家在月球和火星上開展工作提供棲息地結構等。
研究人員說,形狀記憶合金彈簧輪胎只是一個開始。
編譯自/ ScitechDaily