Il ritorno sulla Luna dopo cinque decenni, e la successiva avventura su Marte, richiedono una completa reinvenzione delle tecnologie essenziali.
Un malfunzionamento a migliaia di chilometri dalla Terra presenta sfide insormontabili.
“Una foratura è semplicemente inaccettabile”, afferma Florent Menegaux, CEO di Michelin, il produttore di pneumatici francese.
L’aspro ambiente marziano è vividamente illustrato dall’esperienza del rover Curiosity.
Entro un anno dal suo atterraggio nel 2012, le sue sei ruote di alluminio hanno subito danni significativi a causa di forature e lacerazioni.
Il programma Artemis mira a riportare gli astronauti sulla Luna, possibilmente entro il 2027, come riportato dalla BBC.
Le missioni Artemis successive, a partire da Artemis V (prevista per il 2030), prevedono l’utilizzo di un rover lunare per esplorare il polo sud della Luna.
Questi astronauti Artemis percorreranno distanze significativamente maggiori rispetto ai loro predecessori dell’Apollo, che, in sei atterraggi (1969-1972), non si sono mai avventurati oltre i 40 km.
“L’obiettivo è quello di coprire 10.000 chilometri in 10 anni”, afferma Sylvain Barthet, responsabile del programma di ruote lunari senza aria di Michelin.
“Non stiamo discutendo di missioni a breve termine; stiamo parlando di decenni di operatività”, spiega la dott.ssa Santo Padula, dottore di ricerca in scienza dei materiali e ingegnere della NASA presso il John Glenn Research Center.
Una sfida importante per la tecnologia lunare sono le estreme fluttuazioni di temperatura.
Le temperature polari lunari possono scendere al di sotto di -230°C, avvicinandosi allo zero assoluto, dove il movimento atomico cessa.
Questo pone sfide significative per i materiali degli pneumatici.
“Senza movimento atomico, la deformazione e il recupero del materiale diventano estremamente difficili”, osserva la dott.ssa Padula.
Gli pneumatici devono deformarsi sugli ostacoli e tornare alla loro forma originale.
“La deformazione permanente porta a un rotolamento inefficiente e a una perdita di potenza”, spiega la dott.ssa Padula.
Le nuove ruote supporteranno anche carichi utili significativamente più pesanti rispetto ai rover leggeri dell’Apollo.
Le missioni future richiederanno il trasporto di “piattaforme scientifiche più grandi e habitat mobili”, aggiunge.
Questa sfida è amplificata su Marte, con una gravità doppia rispetto a quella lunare.
I rover lunari dell’Apollo utilizzavano pneumatici in rete di filo zincato, con una portata di circa 34 chilometri.
Dato che le temperature estreme e i raggi cosmici degradano la gomma, le leghe metalliche e le plastiche ad alte prestazioni sono i candidati principali per gli pneumatici spaziali senza aria.
“Generalmente vengono utilizzati materiali metallici o a base di fibra di carbonio”, afferma Pietro Baglion, responsabile del team della missione Rosalind Franklin dell’ESA (lancio del rover marziano previsto per il 2028).
Il Nitinol, una lega di nichel-titanio, si dimostra promettente.
“Questa lega presenta proprietà simili alla gomma, si piega facilmente ma torna sempre alla sua forma originale”, spiega Earl Patrick Cole, CEO di The Smart Tire Company.
Descrive la flessibilità del nitinol come “straordinaria”.
La dott.ssa Padula considera il nitinol un materiale “rivoluzionario” grazie alle sue proprietà di assorbimento e rilascio di energia, potenzialmente offrendo soluzioni di riscaldamento e raffreddamento.
Tuttavia, Barthet (Michelin) ritiene che una plastica ad alte prestazioni possa essere più adatta per i viaggi lunari a lunga distanza.
Bridgestone ha adottato un approccio biomimetico, modellando i cuscinetti dei piedi del cammello.
I morbidi cuscinetti dei piedi dei cammelli distribuiscono efficacemente il peso, impedendo l’affondamento nella sabbia.
Ispirandosi a questo, Bridgestone utilizza un materiale del battistrada simile al feltro e raggi metallici flessibili.
Questo design distribuisce il peso, impedendo l’intrappolamento del modulo lunare in terreni rocciosi.
Michelin e Bridgestone, insieme a Venturi Astrolab, stanno presentando le loro tecnologie per pneumatici alla NASA presso il John Glenn Center questo mese (maggio).
La decisione della NASA (selezione singola o approccio ibrido) è prevista per la fine dell’anno.
Michelin testa i suoi pneumatici su un terreno vulcanico vicino a Clermont, imitando la superficie lunare.
Bridgestone conduce test simili sulle dune di sabbia di Tottori in Giappone.
L’ESA sta esplorando lo sviluppo indipendente di rover europei per future missioni.
Questa ricerca ha potenziali applicazioni terrestri.
Il dott. Cole, durante il suo dottorato di ricerca alla USC, ha partecipato a un programma della NASA per commercializzare la tecnologia degli pneumatici del rover marziano.
Gli pneumatici per bicicletta in nichel-titanio saranno un prodotto iniziale di quest’anno.
Con un prezzo di circa 150 dollari (120 sterline) ciascuno, sono significativamente più costosi ma molto resistenti.
Prevede inoltre di sviluppare pneumatici per motociclette resistenti per terreni accidentati.
La sua ambizione finale è quella di contribuire al ritorno dell’umanità sulla Luna.
“Posso dire ai miei figli: ‘Guardate la Luna’, e dire: ‘I miei pneumatici sono lassù'”, dice.