登陆火星的轮胎，原来和你想的不一样

位于克利夫兰的美国宇航局格伦研究中心（NASA）的团队设计了一种轮胎-形状记忆合金（SMA）弹簧轮胎，该轮胎可以应付月球漫游车的重载荷，同时可以穿越崎岖多岩石的火星地形并承受极端的温度。

尽管推出日期尚有数年之久，但该技术的实际用途已经在消费市场上出现。

月球上使用的轮胎

在2005年后，作为美国Constellation计划的一部分，工程师们开始研究新的轮胎概念。该计划的目的是将人类和机器置于月球上，并为踏上火星奠定基础。

其后，美国宇航局形成了一个Artemis规划，建造一个供人类在月球上长期使用的流动站。

回顾二十世纪七十年代的阿波罗登月任务，来自阿波罗登月漫游者的钢丝网轮胎（wire-mesh）。

从事该项目的NASA机械工程师Colin Creager说，“在太空中，您要应对许多独特的挑战；您需要应对温度的变化。在月球上，温度可能降至负200度，它们的温度也会很高。月球上没有大气层，火星上没有稀薄的大气层，当你坐在阳光直射的地方时，温度可能会很高。橡胶不能在这样的温度下工作：压力太低并且有很多辐射。”

Creager说：“您不能让人们以笨重的金属车轮以每小时20英里的速度行驶。这将是非常低效，不舒适的，并且可能会造成很大的伤害。

2009年，固特异和美国国家航空航天局推出了一种弹簧钢丝轮胎（spring-steel)，其设计目的是在比阿波罗钢丝网轮胎在更长的距离上承受更大的载荷。不同于阿波罗编织在一起的直丝结构，这些新轮胎是由盘绕丝制成的。

Creager说：“我们很快就知道它不能很好地按比例放大。因为断裂点（或金属永久变形的点）限制了设计空间，我们无法承受很高的载荷，大量变形或某些形状。”

作为机械工程师，他们正在寻找增加载荷的结构方法，但是改变材料并不是Creager他们考虑的事情。

直到有一天，Creager遇到了一位老同事Santo Padula。材料科学家Padula正在研究形状记忆合金（Shape Memory Alloy）。

Padula说：“记忆合金这种特殊的材料不会像传统材料那样变形，在这些材料中，当我们施加压力时，我们基本上是在拉伸原子结构之间的键。这种材料具有独特的特性，可以进行原子重排以适应变形。”

镍钛合金可以使SMA弹簧轮胎变形并恢复原来形状。实际上，这导致轮胎可以承受过度变形而不会造成永久性损坏。使用形状记忆合金作为径向加强元件，还可以在不增加重量的情况下增加轮胎的承载能力。

前往火星的轮胎

不久，美国宇航局火星漫游者对轮胎有了新的需求。

Creager说：“在火星上使用更大、更复杂的漫游车，任务变得更具挑战性。并且我们看到了好奇号火星车对轮子的损害。因此，确实有必要将弹簧式技术带到火星。”

来自火星的图像显示了火星车的刚性轮孔和其他损坏

SMA弹簧轮胎将用于定于2026年的火星发射任务。该任务是为了支持2月登陆火星的恒心漫游者。恒心漫游者正在将火星样品收集在罐中，并将其留在火星周围的仓库点。

通过与欧洲航天局的合作，美国宇航局将向火星发送一辆“更小，更快”的火星车。

Creager说，火星车的目标是拿到这些罐子，然后将它们送回到运载工具，该运载工具将在大约同一时间降落在火星上。

一旦送入太空，轨道飞行器将拾取这些样本，并在2031年左右将它们送回地球。

Creager说：“如果一切顺利，我们将有望更多地了解火星。” 

消费品市场的应用

由于人们对消费品技术感兴趣，特别是在耐用性和可持续性方面，因此SMA弹簧轮胎开始应用于消费品市场。

NASA的团队最近为汽车和卡车创建了衍生型的SMA弹簧轮胎，并在吉普的牧马人汽车上进行了测试。

Creager说：“你可以采用相同的设计，并用橡胶包裹它们。然后，您在地球上实际上拥有一个看起来和感觉像传统轮胎一样的轮胎，但是不用充气。您不必担心轮胎漏气或充气不足。”

NASA团队还与Smart轮胎公司合作，使用形状记忆合金来制造一种新型的自行车轮胎，称为METL轮胎。