ابداع چرخ بدون باد و ضد آتش جدید برای کاوشگرهای فضایی

ایسنا/پیکربندی مارپیچی چرخ جدید کاوشگرهای فضایی که بدون باد و ضد آتش است، به آن اجازه می‌دهد تا منقبض و منبسط شود.

ارسال یک کاوشگر به فضا برای کاوش اجرام آسمانی با مجموعه‌ای گیج‌کننده از چالش‌ها همراه است و یکی از پیچیده‌ترین آنها اطمینان از خراب نشدن وسیله نقلیه در آنجاست.

تیمی از مهندسان هوافضا از کره جنوبی برای کاهش قابل توجه این مشکل، چرخ انعطاف‌پذیری را طراحی کرده‌اند که نیازی به هوا ندارد، می‌تواند اندازه خود را تغییر دهد و همچنین می‌تواند ضربات جدی را تحمل کند.

در واقع، این چرخ از سقوط از ارتفاع بیش از 4 متری جان سالم به در برده و حتی بدون اینکه از هم بپاشد، از میان آتش عبور کرده است.

محققان معتقدند که این چرخ می‌تواند برای وسایل نقلیه اکتشافی ماه که باید از سطوح ناهموار شنی و سنگی عبور کنند تا مکان‌های مورد علاقه و همچنین گودال‌های ماه را پیدا کنند، مفید باشد.

منظور از گودال‌ها، مناطقی روی ماه است که می‌توانند فضانوردان را از تشعشعات و تغییرات شدید دما در سطح 127 درجه سانتی‌گراد در طول روز تا منفی 173 درجه سانتی‌گراد در شب محافظت کنند، اما رسیدن به آنجا کار ساده‌ای نیست.

این چرخ از نوارهای فولادی الاستیک که به صورت مارپیچ متقاطع بافته شده و مناسب برای تحمل بار چیده شده‌اند، استفاده می‌کند. این ساختار شبیه به اصل ساختار خودایستا در پل داوینچی است، بنابراین نوارها بدون نیاز به چسب یا اجزای اتصال اضافی، به طور متقابل از یکدیگر پشتیبانی می‌کنند.

توپی این چرخ، دو طرف را به هم متصل می‌کند که می‌توانند در جهت مخالف بچرخند. بنابراین طراحی فعلی می‌تواند به صورت شعاعی از قطر جمع و جور 9 اینچ (230 میلی‌متر) تا 19.7 اینچ (500 میلی‌متر) بدون هیچ لولایی گسترش یابد.

سئونگ-بین لی(Seong-Bin Lee)، محقق ارشد از آزمایشگاه رباتیک و مکانیزم‌های هوافضا در دانشگاه KAIST کره جنوبی می‌گوید: طراحی ما برخلاف ساختارهای متغیر با شکل قبلی که به مفاصل چرخشی مکانیکی یا مواد نرم مانند پارچه‌ها و الاستومرها متکی بودند، از تغییر شکل پیوسته که توسط یک مکانیسم مارپیچی هدایت می‌شود، بهره می‌برد. این انعطاف‌پذیری در انتخاب مواد، امکان سفارشی‌سازی ساختار را برای برآورده کردن نیازهای محیط‌های مختلف ماموریت‌های دشوار فراهم می‌کند.

جالب است که این نمونه اولیه چرخ از همان فولاد کربنی SK5 پردازش حرارتی شده‌ای استفاده می‌کند که در نوارهای تجاری پیدا می‌کنید. پیکربندی این نوار مارپیچی امکان توزیع بار چرخ را در سراسر بدنه چرخ فراهم می‌کند. این امر یک رفتار ناهمسانگرد ایجاد می‌کند که در آن چرخ برای پیچیدن به حداقل انرژی نیاز دارد، اما در برابر تغییر شکل تحت بارهای عمودی مقاومت می‌کند. همچنین چرخ را قادر می‌سازد تا ضربات را به طور مؤثر جذب کند و آسیب ناشی از زمین ناهموار را در حین رانندگی، غلتیدن و فرودهای عمودی کاهش دهد.

طراحان این چرخ را با نصب دو نمونه اولیه بر روی یک کاوشگر ساختگی آزمایش کرد و وسیله نقلیه را در یک محیط بیرونی شبیه‌سازی شده با خاک ماه با موانع بزرگ آزمایش کرد. این وسیله نه تنها با موفقیت از این منطقه عبور کرد، بلکه از یک مانع شیب‌دار پله‌مانند با شیب ۳۴ درجه نیز عبور کرد، از سقوط‌های بزرگ از ارتفاع چند متر جان سالم به در برد و پس از عبور از آتش، به راحتی به مسیر خود ادامه داد.

پیشرفت در طراحی قطعاتی مانند این مهم است، زیرا خرابی چرخ به معنای واقعی کلمه یک ماموریت اکتشافی فرازمینی را در مسیر خود متوقف می‌کند. کاوشگرها در معرض انواع آسیب‌های ناشی از ضربه و شرایط سایشی هستند و هیچ راهی برای تعمیر کاوشگرها از راه دور وجود ندارد.

الزامات دوام و پایداری، اساس طراحی کاوشگرها را شکل می‌دهند و به همین دلیل است که انتخاب مواد یکی از مهم‌ترین تصمیمات مهندسی در اکتشافات فضایی است.

سپتامبر گذشته، تصویری از مریخ‌نورد کنجکاوی(Curiosity) ناسا بر روی مریخ که در سال ۲۰۱۲ در آنجا فرود آمد، نشان داد که چرخ‌های آن در عبور از مناظر ناهموار سیاره سرخ آسیب قابل توجهی دیده‌اند.

خوشبختانه فرورفتگی‌ها و حفره‌های مختلف در طول سال‌ها مانع از عملکرد آن نشدند، اما می‌توانستند این کار را انجام دهند.

کاشگرها معمولا وزن زیادی دارند. برای مثال، مریخ‌نورد کنجکاوی با وزن یک تن عرضه شد و این می‌تواند مقاومت در برابر سایش و پارگی چرخ‌ها را در ماموریت‌های طولانی را حتی چالش برانگیزتر کند.

این تیم امیدوار است که طراحی چرخ آن در نهایت در سیستم‌های کاوشگرهای برای ماموریت‌های اکتشافی آینده ادغام شود. به لطف نحوه پیکربندی آن، می‌تواند از فولاد ضد زنگ مانند این نمونه اولیه، مواد الاستیک با مقاومت بالا یا فلزات مختلف دیگری که برای محیط‌های فضایی مناسب هستند، استفاده کند.