Любопытство: почему они «изобрели колесо» вместо того, чтобы использовать шины высокого давления?

Температурный диапазон Марса довольно велик, с температурами до -107 ° C, измеренными спускаемыми аппаратами «Викинг». Это ниже температуры стеклования резины -70 °C, ниже которой резина становится хрупкой. Так что резину использовать нельзя.
Резиновая шина тяжелая. Протектор обычной дорожной шины имеет толщину более 1 см, шины для бездорожья толще и тяжелее. Ему также нужен обод, увеличивающий вес. Колесо, состоящее только из обода (грубо говоря), намного легче.

Колеса должны были быть максимально легкими . Так что добавление резиновой шины (надувной или нет) просто не вариант.

Было несколько факторов, которые побудили их спроектировать колеса как можно более легкими. Большой размер колес означает, что очень незначительные изменения конструкции значительно увеличивают массу. Увеличение толщины колеса на один миллиметр добавит 10 кг к общей массе вездехода. Но общая масса системы была не единственным ограничением. Эриксон объяснил, что основное ограничение возникло из-за сложного момента в последовательности посадки, когда колеса развернулись, когда марсоход был подвешен на уздечке под ступенью спуска. Внезапное падение колес привело к значительным нагрузкам на систему мобильности, а максимально легкая масса колес снизила эти силы до управляемых. Были и другие факторы, которые делали важным снижение массы колес.

Таким образом, колеса должны были быть как можно более легкими, но при этом выполнять свою работу, но что касается их работы: «Мы неправильно поняли, что такое Марс», — сказал Эриксон. «Крепко сцементированные вентифакты — это не то, что мы видели на Марсе раньше». Они разработали Curiosity, чтобы справиться со всеми проблемами, с которыми столкнулись Spirit и Opportunity, особенно с песком, который Curiosity преодолевает значительно лучше, чем ее предшественники. «Этот автомобиль способен выйти из ситуаций, в которых MER не смог; у него значительно больше проходимости, чем у MER». Они разработали Curiosity для работы с песчаными ловушками, плоской коренной породой и ландшафтами с камнями на песке, которые видели все предыдущие посадочные модули. Они просто не представляли возможности своеобразного и невиданного ранее типа рельефа, который они обнаружили в кратере Гейла.

Проколы - это ответственность, когда вы не можете заменить шину. Проколотая шина вскоре распадается, и вы в конечном итоге тащите за собой кашу из резины и стали, потенциально заклинивая колесо или оказываясь под следующим колесом в очереди.
Имеются самовосстанавливающиеся шины . Но, как и комплекты для ремонта проколов, они полагаются на наличие вязкого вещества внутри шины, которое может заклеить небольшую дыру. Опять же, температурный диапазон Марса затрудняет его нанесение (герметик должен оставаться вязким при -100 °C). И никакой герметик не сможет закрыть щель такого размера, как на фото.

Конструкция колес Curiosity основана на более ранних марсоходах, которые были детально изучены (эксперимент по истиранию колес на Sojourner) . Некоторая деформация, вмятины и разрывы были ожидаемы и рассчитаны на них (полная презентация конструкции MSL здесь ).
На фотографиях прототипа на Земле , проходящего через его ходы, хорошо видны вмятины и дыры в колесах. Ответ команды MSL на фотографии:

Были некоторые опасения по поводу разрывов колес марсохода, но сегодня мы получили добро на поездку без ограничений по расстоянию или режиму движения. Разрывы в колесах были ожидаемы на основе испытаний, и колеса спроектированы таким образом, чтобы выдерживать такие повреждения, не влияя на подвижность.

Таким образом, менять конструкцию на резину или другие податливые материалы не было необходимости.

У Эмили Лакдавалла из Планетарного общества есть обширная запись в блоге с более подробной информацией об износе колес, его причинах, стратегиях смягчения последствий и прогнозируемом сроке службы.

В конце я попросил Эриксона сопоставить проблему колеса с его опытом многих других миссий. Он сказал, что проблема повреждения колес Curiosity определенно оказала существенное влияние на миссию, и упомянул для сравнения поломку колес на Spirit, когда им пришлось начать тащить за собой правое переднее колесо и двигаться исключительно задним ходом. Но проблема Curiosity не так серьезна, как у Spirit, потому что Curiosity не менее подвижен, чем был раньше. Они могут согласиться с повреждением колеса, если решат, что научная ценность того стоит. Таким образом, в то время как проблемы с мобильностью Spirit ограничивали возможности марсохода, проблемы с мобильностью Curiosity не ограничивают — по крайней мере, напрямую. Самым большим эффектом проблемы с повреждением колеса является замедление миссии. И это' что ограничит возможности Curiosity. Из-за того, что они путешествуют не так быстро и вынуждены ограничивать свой выбор пути, количество исследований, которые они могут сделать, обязательно меньше, чем если бы они могли бродить по обнажениям коренных пород по своему желанию.

Обновление : в июне 2016 года колеса были снова сфотографированы , показывая лишь небольшое увеличение повреждений по сравнению с прошлым годом.

Устойчивость:

Невозможно использовать надувные шины любого типа для удаленных миссий, потому что они невероятно ненадежны. Подумайте об автомобильных или велосипедных шинах здесь, на Земле, где у нас довольно небольшой диапазон температур. Они легко прокалываются, лопаются, теряют давление, резина деградирует и т. д. Когда они проколоты, починить их сложно — мы не можем автоматизировать это на этой планете, не говоря уже о ремонте проколов в другом мире с большими перепадами температур. .

Масса:

Шины тяжелые. Колесо с тонким алюминиевым корпусом или даже колесо с сеткой легкое. И масса важна, когда дело доходит до дельта-v.

и самое важное

Срок жизни

Ожидается, что Curiosity проработает всего 2 года. До сих пор он успешно выжил и провел полезные научные исследования. Я думаю, что эти колеса показали себя очень хорошо.

Я думаю, что резиновые шины не годятся, добавление дополнительной сложности (которая может выйти из строя) слишком рискованно. Металл, безусловно, лучший вариант. Однако я думаю, что, во-первых, тип используемого металла был очень плохой идеей, поскольку он по своей природе мягкий, хотя и легкий (именно поэтому они выбрали алюминий), они должны были пойти с титаном, да, немного больше веса (ненамного), но почти нерушимый.

Во-вторых, они должны были больше подумать о схеме резьбы, та, с которой они шли, не очень хороша для смещения мягкого песка в сторону и наружу. Они действительно могли бы сделать намного лучше, чем сделали. Если любопытство подведет, а я надеюсь, что нет, то это, вероятно, будет из-за конструктивных недостатков колес.