Die Rückkehr zum Mond nach fünf Jahrzehnten und die anschließende Reise zum Mars erfordern eine komplette Neugestaltung essentieller Technologien.
Eine Fehlfunktion tausende Kilometer von der Erde entfernt stellt unüberwindliche Herausforderungen dar.
„Ein Plattfuß ist einfach inakzeptabel“, erklärt Florent Menegaux, CEO des französischen Reifenherstellers Michelin.
Die raue Marsumgebung wird durch die Erfahrungen des Curiosity-Rovers deutlich veranschaulicht.
Innerhalb eines Jahres nach seiner Landung im Jahr 2012 erlitten seine sechs Aluminiumräder erhebliche Schäden durch Löcher und Risse.
Das Artemis-Programm zielt darauf ab, Astronauten bis 2027 wieder auf den Mond zu bringen, wie von der BBC berichtet.
Spätere Artemis-Missionen, beginnend mit Artemis V (geplant für 2030), planen die Nutzung eines Mondrovers zur Erforschung des Südpols des Mondes.
Diese Artemis-Astronauten werden deutlich größere Distanzen zurücklegen als ihre Apollo-Vorgänger, die während sechs Landungen (1969-1972) nie mehr als 40 km zurücklegten.
„Das Ziel ist es, innerhalb von 10 Jahren 10.000 Kilometer zurückzulegen“, sagt Sylvain Barthet, Leiter des Michelin-Programms für luftlose Mondräder.
„Wir sprechen nicht über kurzfristige Missionen; wir sprechen über jahrzehntelange Operationen“, erklärt Dr. Santo Padula, promovierter Materialwissenschaftler und NASA-Ingenieur am John Glenn Research Center.
Eine große Herausforderung für die Mondtechnologie sind die extremen Temperaturschwankungen.
Die Temperaturen an den Mondpolen können auf unter -230 °C fallen und sich dem absoluten Nullpunkt nähern, bei dem die atomare Bewegung aufhört.
Dies stellt erhebliche Herausforderungen für Reifenmaterialien dar.
„Ohne atomare Bewegung werden Materialverformung und -rückgewinnung extrem schwierig“, bemerkt Dr. Padula.
Reifen müssen sich über Hindernisse verformen und in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.
„Eine permanente Verformung führt zu ineffizientem Rollen und Leistungsverlust“, erklärt Dr. Padula.
Neue Räder werden auch deutlich schwerere Nutzlasten tragen als die leichten Rover von Apollo.
Zukünftige Missionen werden den Transport von „größeren wissenschaftlichen Plattformen und mobilen Habitaten“ erfordern, fügt er hinzu.
Diese Herausforderung wird auf dem Mars mit der doppelten Mondgravitation verstärkt.
Die Mondrover von Apollo verwendeten zinkbeschichtete Klavierdraht-Mesh-Reifen mit einer Reichweite von ungefähr 34 Kilometern.
Da extreme Temperaturen und kosmische Strahlen Gummi schädigen, sind Metalllegierungen und Hochleistungskunststoffe die idealen Kandidaten für luftlose Weltraumreifen.
„Im Allgemeinen werden metallische oder kohlenstofffaserbasierte Materialien verwendet“, sagt Pietro Baglion, Teamleiter der ESA-Rosalind-Franklin-Mission (Start des Mars-Rovers für 2028 geplant).
Nitinol, eine Nickel-Titan-Legierung, zeigt sich vielversprechend.
„Diese Legierung weist gummiartige Eigenschaften auf, biegt sich leicht, kehrt aber immer in ihre ursprüngliche Form zurück“, erklärt Earl Patrick Cole, CEO von The Smart Tire Company.
Er beschreibt die Flexibilität von Nitinol als „bemerkenswert“.
Dr. Padula betrachtet Nitinol aufgrund seiner Eigenschaften zur Energie absorption und -freisetzung als „revolutionäres“ Material, das möglicherweise Heiz- und Kühllösungen bietet.
Barthet (Michelin) glaubt jedoch, dass ein Hochleistungskunststoff für Langstreckenreisen auf dem Mond besser geeignet sein könnte.
Bridgestone hat einen biomimetischen Ansatz verfolgt und Kamelpfotenabdrücke modelliert.
Die weichen Fußpolster von Kamelen verteilen das Gewicht effektiv und verhindern das Einsinken in Sand.
Davon inspiriert, verwendet Bridgestone ein filzartiges Profilmaterial und flexible Metallspeichen.
Dieses Design verteilt das Gewicht und verhindert das Einklemmen des Mondmoduls in felsigem Gelände.
Michelin und Bridgestone präsentieren zusammen mit Venturi Astrolab ihre Reifentechnologien diesen Monat (Mai) der NASA im John Glenn Center.
Die Entscheidung der NASA (Einzel- oder Hybridansatz) wird für später in diesem Jahr erwartet.
Michelin testet seine Reifen in einer vulkanischen Gegend in der Nähe von Clermont und ahmt so die Mondoberfläche nach.
Bridgestone führt ähnliche Tests in den japanischen Tottori-Sanddünen durch.
Die ESA erforscht die unabhängige Entwicklung europäischer Rover für zukünftige Missionen.
Diese Forschung hat potenzielle Anwendungen auf der Erde.
Dr. Cole beteiligte sich während seiner Promotion an der USC an einem NASA-Programm zur Kommerzialisierung der Reifentechnologie für Mars-Rover.
Nickel-Titan-Fahrradreifen werden noch in diesem Jahr ein frühes Produkt sein.
Mit einem Preis von etwa 150 $ (120 £) pro Stück sind sie deutlich teurer, aber sehr langlebig.
Er plant auch die Entwicklung langlebiger Motorradreifen für schwieriges Gelände.
Sein letztendliches Ziel ist es, zur Rückkehr der Menschheit zum Mond beizutragen.
„Ich kann meinen Kindern sagen: ‚Schaut auf den Mond‘ und sagen: ‚Meine Reifen sind dort oben'“, sagt er.