Die Rückkehr zum Mond nach fünf Jahrzehnten und die anschließende Reise zum Mars erfordern eine komplette Neugestaltung grundlegender Technologien.
Eine Reise zum Mars stellt erhebliche logistische Herausforderungen dar, insbesondere in Bezug auf die Fahrzeugwartung und mögliche Ausfälle fernab jeglicher Unterstützung.
„Ein Platten ist einfach inakzeptabel“, betont Florent Menegaux, CEO von Michelin, und hebt die kritische Notwendigkeit robuster, zuverlässiger Technologie hervor.
Die raue Marsumgebung wird durch die Erfahrung des Curiosity-Rovers unterstrichen. Innerhalb eines Jahres nach seiner Landung im Jahr 2012 wiesen seine Aluminiumräder einen erheblichen Verschleiß und Schäden durch Löcher auf.
In Bezug auf die Mondforschung planen die Artemis-Missionen eine bemannte Rückkehr zum Mond, möglicherweise bis 2027.
Spätere Artemis-Missionen, beginnend mit Artemis V (geplant für 2030), werden einen Mondrover zur Erforschung des Südpols einsetzen.
Diese Artemis-Astronauten werden weit über die Apollo-Missionen hinausreisen, die bei sechs Landungen zwischen 1969 und 1972 nie mehr als 40 Kilometer zurücklegten.
„Das Ziel ist es, in 10 Jahren 10.000 Kilometer zurückzulegen“, sagt Sylvain Barthet, Leiter des Michelin-Programms für luftlose Mondräder.
„Wir sprechen nicht von kurzen Missionen; wir sprechen von jahrzehntelangem Betrieb“, erklärt Dr. Santo Padula, NASA-Ingenieur am John Glenn Research Center.
Eine erhebliche Herausforderung für die Mondtechnologie ist die extreme Temperaturschwankung. An den Mondpolen herrschen Temperaturen unter -230 °C, die sich dem absoluten Nullpunkt nähern.
Dies stellt erhebliche Schwierigkeiten für die Reifenkonstruktion und -funktionalität dar.
„Ohne atomare Bewegung werden Materialverformung und -rückgewinnung problematisch“, bemerkt Dr. Padula.
Reifen müssen sich über Hindernissen verformen und dann für einen effizienten Betrieb in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.
„Eine dauerhafte Verformung führt zu einem ineffizienten Abrollen und Energieverlust“, fügt Dr. Padula hinzu.
Diese neuen Räder werden auch schwerere Nutzlasten als die leichten Rover von Apollo tragen.
Zukünftige Missionen werden robuste Räder für größere wissenschaftliche Plattformen und Habitate erfordern.
Die Herausforderung wird auf dem Mars verstärkt, wo die Schwerkraft doppelt so hoch ist wie auf dem Mond.
Die Mondrover von Apollo verwendeten Reifen aus verzinktem Klavierdrahtgewebe mit einer begrenzten Reichweite von etwa 34 Kilometern.
Angesichts der Degradation von Gummi durch extreme Temperaturen und kosmische Strahlung sind Metalllegierungen und Hochleistungskunststoffe die wichtigsten Kandidaten für luftlose Weltraumreifen.
„Im Allgemeinen werden metallische oder kohlenstofffaserbasierte Materialien verwendet“, erklärt Pietro Baglion von der ESA-Rosalind-Franklin-Mission zum Mars (geplant für 2028).
Nitinol, eine Nickel-Titan-Legierung, ist sehr vielversprechend.
„Diese Legierung verhält sich wie Gummi, biegt sich leicht und kehrt immer in ihre ursprüngliche Form zurück“, sagt Earl Patrick Cole, CEO von The Smart Tire Company.
Er beschreibt die Flexibilität von Nitinol als „bemerkenswert“.
Dr. Padula hält Nitinol aufgrund seiner Eigenschaften zur Energie absorption und -freisetzung für ein „revolutionäres“ Material, das sich möglicherweise auf Wärmemanagementsysteme auswirkt.
Barthet von Michelin glaubt jedoch, dass ein Hochleistungskunststoff für Langstreckenreisen zum Mond besser geeignet sein könnte.
Bridgestone hat einen biomimetischen Ansatz gewählt und sein Design an Kamelpfoten angepasst.
Die weichen Fußpolster von Kamelen verteilen das Gewicht effektiv und verhindern das Einsinken in Sand.
Davon inspiriert, verwendet Bridgestone ein filzartiges Material für seine Lauffläche mit flexiblen Metallspeichen.
Dieses Design verteilt das Gewicht auf eine größere Fläche und verhindert, dass Mondmodule im Regolith stecken bleiben.
Michelin und Bridgestone präsentieren zusammen mit Venturi Astrolab diesen Monat (Mai) ihre Reifentechnologien im John Glenn Center der NASA.
Die NASA wird voraussichtlich noch in diesem Jahr eine Entscheidung treffen und möglicherweise einen einzigen Vorschlag auswählen oder Elemente aus mehreren Einreichungen übernehmen.
Michelin testet seine Reifen in einem vulkanischen Gelände in der Nähe von Clermont, das die Mondoberfläche nachahmt.
Bridgestone führt ähnliche Tests in den japanischen Tottori-Sanddünen durch.
Die ESA untersucht laut Barthet die Möglichkeit, für zukünftige Missionen einen eigenen Rover zu entwickeln.
Diese Forschung birgt potenzielle terrestrische Anwendungen.
Während seiner Promotion beteiligte sich Dr. Cole an einem NASA-Programm zur Kommerzialisierung der Reifentechnologie für Mars-Rover.
Nickel-Titan-Fahrradreifen sind ein frühes Produkt, das in diesem Jahr für etwa 150 US-Dollar (120 £) pro Stück auf den Markt kommt.
Diese Reifen sind zwar teuer, bieten aber eine überlegene Haltbarkeit. Zukünftige Projekte umfassen robuste Motorradreifen für anspruchsvolles Gelände.
Letztendlich ist es Dr. Coles Ziel, zur Rückkehr der Menschheit zum Mond beizutragen.
„Ich möchte meinen Kindern sagen: ,Schaut auf den Mond – meine Reifen sind dort oben!‘“, sagt er.