Возвращение на Луну после пяти десятилетий, а затем и высадка на Марс, требуют полного переосмысления фундаментальных технологий.
Путешествие на Марс представляет собой значительные логистические проблемы, особенно в отношении технического обслуживания транспортных средств и потенциальных отказов вдали от любой поддержки.
«Прокол просто недопустим», — подчеркивает Флоран Менего, генеральный директор Michelin, подчеркивая критическую необходимость в надежной и прочной технологии.
Суровые марсианские условия подчеркиваются опытом марсохода Curiosity. В течение года после его посадки в 2012 году его алюминиевые колеса показали значительный износ и повреждения от проколов.
Что касается исследования Луны, миссии Artemis планируют пилотируемое возвращение на Луну, возможно, к 2027 году.
В более поздних миссиях Artemis, начиная с Artemis V (планируемой на 2030 год), будет использоваться лунный ровер для исследования южного полюса.
Эти астронавты Artemis будут путешествовать гораздо дальше, чем миссии Apollo, которые за шесть посадок между 1969 и 1972 годами никогда не преодолевали более 40 км (25 миль).
«Цель — преодолеть 10 000 километров за 10 лет», — говорит Сильвен Барте, руководитель программы лунных бескамерных колес Michelin.
«Мы говорим не о коротких миссиях; мы говорим о десятилетиях эксплуатации», — объясняет доктор Санто Падула, инженер NASA в Исследовательском центре Джона Гленна.
Серьезной проблемой для лунных технологий является экстремальный перепад температур. На лунных полюсах температура опускается ниже -230 °C, приближаясь к абсолютному нулю.
Это создает значительные трудности для проектирования и функциональности шин.
«Без атомного движения деформация и восстановление материала становятся проблематичными», — отмечает доктор Падула.
Шины должны деформироваться при преодолении препятствий, а затем возвращаться в исходное состояние для эффективной работы.
«Постоянная деформация приводит к неэффективному качению и потере мощности», — добавляет доктор Падула.
Эти новые колеса также будут поддерживать более тяжелые полезные нагрузки, чем легкие луноходы Apollo.
Будущие миссии потребуют прочных колес для больших научных платформ и обитаемых модулей.
Проблема усугубляется на Марсе, где сила тяжести вдвое больше, чем на Луне.
Лунные роверы Apollo использовали шины из цинкованной сетки из фортепианной проволоки с ограниченным диапазоном около 34 км (21 миля).
Учитывая разрушение резины экстремальными температурами и космическими лучами, металлы и высокопроизводительные пластмассы являются основными кандидатами для бескамерных космических шин.
«Как правило, используются материалы на основе металла или углеродного волокна», — объясняет Пьетро Баглион из миссии ESA Rosalind Franklin на Марс (планируемой на 2028 год).
Нитинол, никель-титановый сплав, демонстрирует большие перспективы.
«Этот сплав ведет себя как резина, легко гнется и всегда возвращается в исходное состояние», — говорит Эрл Патрик Коул, генеральный директор The Smart Tire Company.
Он описывает гибкость нитинола как «замечательную».
Доктор Падула считает нитинол «революционным» материалом из-за его свойств поглощения и высвобождения энергии, которые могут повлиять на системы терморегулирования.
Однако Барте из Michelin считает, что высокопроизводительный пластик может быть более подходящим для дальних лунных путешествий.
Bridgestone использовала биомиметический подход, моделируя свой дизайн на основе подушечек лап верблюда.
Мягкие подушечки лап верблюдов эффективно распределяют вес, предотвращая погружение в песок.
Вдохновленная этим, Bridgestone использует войлокообразный материал для своего протектора с гибкими металлическими спицами.
Эта конструкция распределяет вес на большую площадь, предотвращая застревание лунных модулей в реголите.
Michelin и Bridgestone, а также Venturi Astrolab, представляют свои шинные технологии в Центре Джона Гленна NASA в этом месяце (май).
Ожидается, что NASA примет решение в конце этого года, потенциально выбрав одно предложение или включив элементы из нескольких заявок.
Michelin тестирует свои шины на вулканической местности недалеко от Клермон-Феррана, которая имитирует лунную поверхность.
Bridgestone проводит аналогичные испытания на песчаных дюнах Тоттори в Японии.
ЕКА изучает возможность разработки собственного ровера для будущих миссий, по словам Барте.
Это исследование имеет потенциальные земные применения.
Во время работы над докторской диссертацией доктор Коул участвовал в программе NASA по коммерциализации технологии шин для марсоходов.
Велосипедные шины из никель-титана — это ранний продукт, который появится в этом году по цене около 150 долларов США (120 фунтов стерлингов) за штуку.
Эти шины, хотя и дорогие, обладают превосходной долговечностью. Будущие проекты включают в себя прочные мотоциклетные шины для сложных ландшафтов.
В конечном счете, амбиция доктора Коула — внести свой вклад в возвращение человечества на Луну.
«Я хочу сказать своим детям: „Посмотри на Луну — мои шины там!“», — говорит он.