Neugier: Warum haben sie "das Rad neu erfunden", anstatt Druckreifen zu verwenden?

Der Temperaturbereich des Mars ist ziemlich groß, mit Temperaturen bis zu -107 °C, die von den Wikingerlandern gemessen wurden. Dies liegt unterhalb der Glasübergangstemperatur von Gummi von -70 °C, unterhalb derer Gummi spröde wird. Gummi kann man also nicht verwenden.
Ein Gummireifen ist schwer. Die Lauffläche eines normalen Straßenreifens ist mehr als 1 cm dick, Offroad-Reifen sind dicker und schwerer. Es braucht auch eine Felge, die mehr Gewicht hinzufügt. Ein Laufrad, das (grob gesagt) nur aus einer Felge besteht, ist viel leichter.

Die Räder sollten so leicht wie möglich sein . Also war das Hinzufügen eines Gummireifens (aufblasbar oder nicht) einfach keine Option.

Es gab mehrere Faktoren, die sie dazu veranlassten, die Räder so leicht wie möglich zu gestalten. Die große Größe der Räder bedeutet, dass sehr geringfügige Designänderungen eine beträchtliche Menge an Masse hinzufügen. Eine Erhöhung der Raddicke um einen Millimeter würde die Gesamtmasse des Rovers um 10 Kilogramm erhöhen. Aber die Gesamtmasse des Systems war nicht die einzige Einschränkung. Erickson erklärte, dass ein schwieriger Moment in der Landesequenz, in dem Moment, in dem die Räder ausgefahren wurden, während der Rover am Zaumzeug unter der Abstiegsstufe aufgehängt war, eine große Einschränkung darstellte. Der plötzliche Abfall der Räder übte erhebliche Kräfte auf das Mobilitätssystem aus, und das Halten der Radmasse so leicht wie möglich reduzierte diese Kräfte auf handhabbare Kräfte. Es gab noch andere Faktoren, die es wichtig machten, die Radmasse gering zu halten.

Die Räder mussten also so leicht wie möglich sein und trotzdem ihren Job machen können, aber was ihren Job angeht: „Wir haben missverstanden, was Mars ist“, sagte Erickson. "Stark zementierte Ventifakte haben wir noch nie auf dem Mars gesehen." Sie haben Curiosity entworfen, um alle Herausforderungen zu bewältigen, denen Spirit und Opportunity ausgesetzt waren, insbesondere Sand, den Curiosity wesentlich besser überwindet als ihre Vorgänger. „Dieses Fahrzeug ist in der Lage, sich selbst aus Situationen zu befreien, die MER nicht konnte; es hat bei weitem mehr Auftrieb als MER.“ Sie entwarfen Curiosity, um die Sandfallen, das flache Grundgestein und die Landschaften mit Felsen auf Sand zu bewältigen, die alle vorherigen Lander gesehen haben. Sie haben sich einfach nicht die Möglichkeit des eigentümlichen und nie zuvor gesehenen Geländetyps vorgestellt, den sie im Gale-Krater gefunden haben.

Pannen sind eine Belastung, wenn Sie den Reifen nicht wechseln können. Ein durchstochener Reifen löst sich bald auf, und am Ende schleppen Sie ein Durcheinander aus Gummi und Stahl mit sich herum, das möglicherweise das Rad blockiert oder unter dem nächsten Rad in der Reihe endet.
Selbstheilende Reifen sind erhältlich. Aber wie Pannenreparatursets sind diese auf eine viskose Substanz im Reifen angewiesen, die ein kleines Loch abdichten kann. Auch hier erschwert der Temperaturbereich von Mars die Anwendung (das Dichtmittel muss bei -100 °C viskos bleiben). Und kein Dichtmittel wird in der Lage sein, eine so große Wunde wie die auf dem Foto zu schließen.

Das Raddesign von Curiosity basiert auf den früheren Mars-Rovern, die eingehend untersucht wurden (Radabriebexperiment auf Sojourner) . Einige Verformungen, Dellen und Brüche wurden erwartet und dafür ausgelegt (vollständige Präsentation zum MSL-Design hier ).
Fotos eines Prototyps auf der Erde , der auf Herz und Nieren geprüft wird, Dellen und Löcher in den Rädern deutlich sichtbar. Antwort des MSL-Teams auf Fotos:

Es gab einige Bedenken wegen Rissen in den Rädern des Rovers, aber heute bekamen wir grünes Licht für die Fahrt, ohne Einschränkungen bei Entfernung oder Fahrmodus. Die Risse in den Rädern waren aufgrund von Tests zu erwarten, und die Räder sind so konzipiert, dass sie solche Schäden überstehen, ohne die Mobilität zu beeinträchtigen.

Daher war es nicht erforderlich, das Design auf Gummi oder andere biegsame Materialien umzustellen.

Emily Lakdawalla von der Planetary Society hat einen ausführlichen Blogbeitrag mit weiteren Details zum Radverschleiß, seinen Ursachen, Minderungsstrategien und der voraussichtlichen Lebensdauer.

Am Ende bat ich Erickson, das Radproblem mit seinen Erfahrungen bei vielen anderen Missionen in Zusammenhang zu bringen. Er sagte, dass das Problem des Schadens an den Rädern von Curiosity definitiv einen erheblichen Einfluss auf die Mission hatte, und erwähnte zum Vergleich den Radschaden bei Spirit, als sie anfangen mussten, das rechte Vorderrad hinter sich herzuziehen und ausschließlich rückwärts zu fahren. Aber das Curiosity-Problem ist nicht so schlimm wie das von Spirit, weil Curiosity nicht weniger mobil ist als zuvor. Sie können wählen, Radschäden zu akzeptieren, wenn sie feststellen, dass der wissenschaftliche Wert es wert ist. Während also die Mobilitätsprobleme von Spirit den Umfang dessen, was der Rover tun konnte, einschränkten, tun dies die Mobilitätsprobleme von Curiosity nicht – zumindest nicht direkt. Der größte Effekt des Radschadensproblems besteht darin, die Mission zu verlangsamen. Und das' Das wird einschränken, wie viel Neugier erreicht. Indem sie nicht so schnell reisen und ihre Wegwahl einschränken müssen, ist der Umfang der Erkundung, den sie tun können, zwangsläufig geringer, als wenn sie nach Belieben über die Felsvorsprünge galoppieren könnten.

Update : Im Juni 2016 wurden die Räder erneut abgebildet und zeigten nur eine leichte Zunahme der Schäden im Vergleich zum Vorjahr.

Widerstandsfähigkeit:

Auf keinen Fall kann ein aufblasbarer Reifen jeglicher Art für entfernte Missionen verwendet werden, da sie unglaublich unzuverlässig sind. Denken Sie an Auto- oder Fahrradreifen hier auf der Erde, wo wir einen ziemlich kleinen Temperaturbereich haben. Sie platzen leicht, sie platzen, sie verlieren an Druck, das Gummi verschlechtert sich usw. Wenn sie eine Reifenpanne haben, ist die Reparatur komplex – wir können sie auf diesem Planeten nicht automatisieren, geschweige denn die Reparatur von Reifenpannen auf einer anderen Welt mit größeren Temperaturextremen erledigen .

Gewicht:

Reifen sind schwer. Ein dünnes Aluminiumschalenrad oder sogar ein Gitterrad ist leicht. Und Masse ist alles wichtig, wenn es um Delta-V geht.

und am wichtigsten

Lebensspanne

Curiosity wird voraussichtlich nur 2 Jahre laufen. Bisher hat es erfolgreich überlebt und nützliche wissenschaftliche Studien durchgeführt. Ich denke, diese Räder haben sich sehr gut bewährt.

Ich denke, Gummireifen sind ein No-Go, das Hinzufügen zusätzlicher Komplexität (die fehlschlagen kann) ist zu riskant. Metal ist definitiv der richtige Weg. Ich denke jedoch, dass erstens die Art des verwendeten Metalls eine sehr schlechte Idee war, da es von Natur aus weich ist, obwohl es leicht ist (weshalb sie Aluminium gewählt haben), sie hätten Titan nehmen sollen, ja, ein bisschen mehr Gewicht (nicht viel), aber fast unzerstörbar.

Zweitens hätten sie sich mehr Gedanken über das Fadenmuster machen sollen, das, mit dem sie sich entschieden haben, ist nicht gut darin, weichen Sand zur Seite und nach außen zu verschieben. Sie hätten wirklich viel besser machen können, als sie es getan haben. Wenn die Neugier versagt, und ich hoffe nicht, wird es wahrscheinlich an den Konstruktionsfehlern der Räder liegen.