یک تیم مهندسی هوافضا از کره جنوبی، چرخ مارپیچی و انعطافپذیر بدون نیاز به تیوب هوا برای مریخنوردها و ماهنوردها توسعه داده است.
به گزارش سرویس هوافضای جهانی مگ، پژوهشگران میگویند که اعزام یک مریخنورد یا ماهنورد به فضا با مجموعه گستردهای از چالشهای فنی همراه است و یکی از مهمترین آنها، تضمین عملکرد پایدار وسیله نقلیه در محیطهایی است که تعمیر یا مداخله انسانی در آنها عملاً غیرممکن است. از کار افتادن تنها یک قطعه، بهویژه چرخها، میتواند کل مأموریت را متوقف کند.
در همین راستا، تیمی از مهندسان هوافضا در کره جنوبی، این چرخ انعطافپذیر را طراحی کردهاند که برخلاف چرخهای متداول، به هوای فشرده وابسته نیست و میتواند با تغییر شرایط محیطی، قطر خود را تنظیم کند. این چرخ در آزمایشها، سقوط از ارتفاع بیش از چهار متر را بدون آسیب جدی تحمل کرده و حتی توانسته است از میان آتش عبور کند، بدون آنکه ساختار آن فروبپاشد.
به گفته پژوهشگران، این فناوری بهویژه برای وسایل نقلیه اکتشافی ماه کاربرد دارد؛ جایی که ناهمواریهای شنی و سنگلاخی، دهانهها و حفرههای عمیق، حرکت ایمن را به چالشی جدی تبدیل میکنند. حفرههای ماه از دید دانشمندان اهمیت ویژهای دارند، چرا که میتوانند پناهگاهی طبیعی در برابر تابشهای کیهانی و نوسانات شدید دمایی باشند. دمای سطح ماه در طول روز تا حدود ۱۲۷ درجه سانتیگراد افزایش مییابد و در شب به منفی ۱۷۳ درجه سانتیگراد میرسد، اما دسترسی به این مناطق نیازمند سامانههای حرکتی بسیار مقاوم است.
این چرخ بدون تیوب از نوارهای فولادی کشسان تشکیل شده است، که بهشکل بافتهشده و مارپیچی متقاطع در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند. این آرایش، ساختاری باربر ایجاد میکند که از نظر مفهومی به سازه خودنگهدار پل داوینچی شباهت دارد. در این طراحی، نوارها بدون استفاده از چسب یا اتصالات اضافی، به صورت متقابل یکدیگر را پشتیبانی میکنند و یک ساختار پایدار اما انعطافپذیر به وجود میآورند.
توپی مرکزی چرخ، دو بخش را به هم متصل میکند که امکان چرخش در جهتهای مخالف را دارند. به این ترتیب، چرخ میتواند بدون استفاده از لولا یا مفصلهای مکانیکی رایج، به صورت شعاعی از قطر فشرده ۲۳۰ میلیمتر به قطر تقریبی ۵۰۰ میلیمتر گسترش یابد. این قابلیت تغییر اندازه، تطبیقپذیری بالایی را برای عبور از موانع مختلف فراهم میکند.
سونگ-بین لی، پژوهشگر ارشد این پروژه از آزمایشگاه رباتیک و سازوکارهای هوافضا در دانشگاه KAIST اعلام کرده است که طراحی آنها برخلاف سازههای پیشین، به مفصلهای چرخشی یا مواد نرم متکی نیست و از تغییرشکل پیوسته مبتنی بر سازوکار پیچشی بهره میبرد. به گفته او، این رویکرد امکان انتخاب و سفارشیسازی مواد را برای مأموریتهای بسیار سخت فضایی فراهم میکند.
نمونه اولیه این چرخ مارپیچی بدون تیوب از فولاد کربنی SK5 عملیات حرارتیشده ساخته شده است؛ این نوع فولاد در ابزارهای روزمرهای مانند مترهای نواری نیز به کار میرود. پیکربندی مارپیچی نوارها باعث توزیع یکنواخت بار در سراسر بدنه چرخ میشود و رفتاری ناهمسانگرد ایجاد میکند؛ به این معنا که چرخ برای جمع شدن به انرژی کمی نیاز دارد، اما در برابر بارهای عمودی و ضربههای شدید مقاومت بالایی نشان میدهد.
پژوهشگران در آزمایشهای میدانی، دو نمونه از این چرخ را روی یک مریخنورد آزمایشی نصب کردند و آن را در محیطی شبیهسازیشده با خاک ماه و موانع بزرگ به حرکت درآوردند. این وسیله توانست با موفقیت از مسیر عبور کند، از مانعی پلهمانند با شیب ۳۴ درجه بالا برود، سقوطهای چندمتری را تحمل کند و پس از عبور از آتش نیز به حرکت ادامه دهد.
اهمیت این دستاورد زمانی روشنتر میشود که به تجربههای پیشین نگاه شود. تصاویر منتشرشده از مریخنورد کنجکاوی ناسا نشان میدهد که چرخهای این وسیله در طول سالها فعالیت روی سطح ناهموار مریخ دچار فرورفتگیها و پارگیهای متعددی شدهاند. هرچند این آسیبها مانع ادامه مأموریت نشدند، اما خطر توقف کامل همواره وجود داشت.
تیم کرهای امیدوار است که این طراحی در آینده در سامانههای حرکتی مریخنوردها و ماهنوردها به کار گرفته شود. آنها تأکید دارند که این ساختار میتواند با فولاد ضدزنگ، مواد کشسان با استحکام بالا یا فلزات دیگر سازگار با محیطهای فضایی ساخته شود و گامی مؤثر در افزایش دوام مأموریتهای اکتشافی آینده باشد.
