Il ritorno sulla Luna dopo cinque decenni, e la successiva avventura su Marte, richiedono una completa reinvenzione delle tecnologie fondamentali.
Un viaggio su Marte presenta sfide logistiche significative, soprattutto per quanto riguarda la manutenzione dei veicoli e i potenziali guasti lontano da qualsiasi supporto.
“Una foratura è semplicemente inaccettabile”, sottolinea Florent Menegaux, CEO di Michelin, evidenziando la necessità critica di una tecnologia robusta e affidabile.
L’ostile ambiente marziano è sottolineato dall’esperienza del rover Curiosity. Entro un anno dal suo atterraggio nel 2012, le sue ruote in alluminio hanno mostrato una significativa usura e lacerazioni dovute a forature.
Per quanto riguarda l’esplorazione lunare, le missioni Artemis pianificano un ritorno con equipaggio sulla Luna, possibilmente entro il 2027.
Le successive missioni Artemis, a partire da Artemis V (prevista per il 2030), utilizzeranno un rover lunare per esplorare il polo sud.
Questi astronauti Artemis viaggeranno ben oltre le missioni Apollo, che, in sei allunaggi tra il 1969 e il 1972, non hanno mai superato le 40 km.
“L’obiettivo è 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 brevi; stiamo parlando di decenni di operatività”, spiega il Dr. Santo Padula, ingegnere della NASA presso il John Glenn Research Center.
Una sfida significativa per la tecnologia lunare è l’estrema variazione di temperatura. I poli lunari sperimentano temperature inferiori a -230°C, avvicinandosi allo zero assoluto.
Questo pone notevoli difficoltà per la progettazione e la funzionalità degli pneumatici.
“Senza movimento atomico, la deformazione e il recupero del materiale diventano problematici”, osserva il Dr. Padula.
Gli pneumatici devono deformarsi sugli ostacoli e poi tornare alla loro forma originale per un funzionamento efficiente.
“La deformazione permanente porta a un rotolamento inefficiente e a una perdita di potenza”, aggiunge il Dr. Padula.
Queste nuove ruote supporteranno anche carichi utili più pesanti rispetto ai rover leggeri dell’Apollo.
Le missioni future richiederanno ruote robuste per piattaforme scientifiche e habitat più grandi.
La sfida è amplificata su Marte, dove la gravità è doppia rispetto a quella della Luna.
I rover lunari dell’Apollo utilizzavano pneumatici in rete di filo di pianoforte zincato con un’autonomia limitata di circa 34 km.
Data la degradazione della gomma a causa delle temperature estreme e dei raggi cosmici, le leghe metalliche e le plastiche ad alte prestazioni sono i principali candidati per gli pneumatici spaziali senza aria.
“Generalmente vengono utilizzati materiali a base di metallo o fibra di carbonio”, spiega Pietro Baglion della missione Rosalind Franklin dell’ESA su Marte (prevista per il 2028).
Il Nitinol, una lega di nichel-titanio, mostra grandi promesse.
“Questa lega si comporta come la gomma, si piega facilmente e torna sempre alla sua forma originale”, afferma Earl Patrick Cole, CEO di The Smart Tire Company.
Descrive la flessibilità del nitinol come “notevole”.
Il Dr. Padula considera il nitinol un materiale “rivoluzionario” grazie alle sue proprietà di assorbimento e rilascio di energia, che potrebbero avere un impatto sui sistemi di gestione termica.
Tuttavia, Barthet di Michelin ritiene che una plastica ad alte prestazioni potrebbe essere più adatta per i viaggi lunari a lunga distanza.
Bridgestone ha adottato un approccio biomimetico, modellando il suo design sui 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 simile al feltro per il battistrada, con raggi metallici flessibili.
Questo design distribuisce il peso su un’area più ampia, impedendo ai moduli lunari di rimanere bloccati nel regolite.
Michelin e Bridgestone, insieme a Venturi Astrolab, presenteranno le loro tecnologie per pneumatici al John Glenn Center della NASA questo mese (maggio).
La NASA dovrebbe prendere una decisione entro la fine dell’anno, potenzialmente selezionando una singola proposta o incorporando elementi da più presentazioni.
Michelin testa i suoi pneumatici su un terreno vulcanico vicino a Clermont, che imita la superficie lunare.
Bridgestone conduce test simili nelle dune di sabbia di Tottori, in Giappone.
L’ESA sta esplorando la possibilità di sviluppare il proprio rover per future missioni, secondo Barthet.
Questa ricerca ha potenziali applicazioni terrestri.
Durante il dottorato di ricerca, il Dr. Cole ha partecipato a un programma della NASA per commercializzare la tecnologia degli pneumatici dei rover marziani.
Gli pneumatici per bicicletta in nichel-titanio sono un prodotto iniziale, lanciato quest’anno a circa 150 dollari (120 sterline) ciascuno.
Questi pneumatici, sebbene costosi, offrono una durata superiore. I progetti futuri includono pneumatici per motociclette robuste per terreni difficili.
In definitiva, l’ambizione del Dr. Cole è quella di contribuire al ritorno dell’umanità sulla Luna.
“Voglio dire ai miei figli: ‘Guarda la Luna, i miei pneumatici sono lassù!'”, dice.