Curiosidad: ¿Por qué "reinventaron la rueda" en lugar de usar llantas de presión?

El rango de temperatura de Marte es bastante grande, con temperaturas de hasta -107 °C medidas por los módulos de aterrizaje Viking. Está por debajo de la temperatura de transición vítrea del caucho de -70 °C, por debajo de la cual el caucho se vuelve quebradizo. Así que no puedes usar caucho.
Un neumático de goma es pesado. La banda de rodadura de un neumático de carretera normal tiene más de 1 cm de grosor, los neumáticos todoterreno son más gruesos y pesados. También necesita una llanta, agregando más peso. Una rueda que solo consta de una llanta (en términos generales) es mucho más ligera.

Las ruedas tenían que ser lo más ligeras posible . Así que agregar un neumático de goma (inflable o no) simplemente no era una opción.

Hubo varios factores que los llevaron a diseñar las ruedas para que fueran lo más livianas posible. El gran tamaño de las ruedas significa que los cambios de diseño muy leves agregan una cantidad sustancial de masa. Aumentar el grosor de la rueda en un milímetro agregaría 10 kilogramos a la masa total del rover. Pero la masa total del sistema no fue la única limitación. Erickson explicó que una limitación importante surgió de un momento complicado en la secuencia de aterrizaje, en el momento en que se desplegaron las ruedas, mientras que el rover estaba suspendido de la brida debajo de la etapa de descenso. La caída repentina de las ruedas impartió fuerzas sustanciales en el sistema de movilidad, y mantener la masa de las ruedas lo más ligera posible redujo esas fuerzas a fuerzas manejables. Hubo otros factores que hicieron que fuera importante mantener baja la masa de las ruedas.

Entonces, las ruedas debían ser lo más livianas posible y al mismo tiempo poder hacer su trabajo, pero en cuanto a su trabajo: "No entendimos lo que era Marte", dijo Erickson. "Los ventifactos fuertemente cementados no son algo que hayamos visto antes en Marte". Diseñaron Curiosity para manejar todos los desafíos que experimentaron Spirit y Opportunity, especialmente la arena, que Curiosity atraviesa sustancialmente mejor que sus predecesores. "Este vehículo es capaz de salir de situaciones que MER no pudo; tiene más flotación que la que tenía MER por un margen sustancial". Diseñaron Curiosity para manejar las trampas de arena, el lecho rocoso plano y los paisajes de rocas encaramados en la arena vistos por todos los módulos de aterrizaje anteriores. Simplemente no imaginaban la posibilidad del tipo de terreno peculiar y nunca antes visto que encontraron en el cráter Gale.

Los pinchazos son una responsabilidad cuando no puedes cambiar el neumático. Una llanta pinchada pronto se desintegra, y terminas arrastrando un desastre de caucho y acero, lo que podría atascar la rueda o terminar debajo de la siguiente rueda en la fila.
Los neumáticos autorreparables están disponibles. Pero al igual que los kits de reparación de pinchazos, estos se basan en tener una sustancia viscosa dentro del neumático que puede sellar un pequeño agujero. Una vez más, el rango de temperatura de Mars dificulta su aplicación (el sellador debe permanecer viscoso a -100 °C). Y ningún sellador podrá cerrar una herida tan grande como la que se muestra en la foto.

El diseño de la rueda de Curiosity se basa en los rovers de Marte anteriores, que se estudiaron en detalle (experimento de abrasión de la rueda en Sojourner) . Se esperaba y se diseñó para algunas deformaciones, abolladuras y rupturas (presentación completa sobre el diseño de MSL aquí ).
Fotos de un prototipo en la Tierra que se pone a prueba, abolladuras y agujeros en las ruedas claramente visibles. Respuesta del equipo de MSL a las fotos:

Había cierta preocupación por los desgarros en las ruedas del rover, pero hoy obtuvimos el visto bueno para conducir, sin restricciones de distancia o modo de conducción. Se esperaban rasgaduras en las ruedas según las pruebas, y las ruedas están diseñadas para sobrevivir a tales daños sin afectar la movilidad.

Por lo tanto, no fue necesario cambiar el diseño a caucho u otros materiales flexibles.

Emily Lakdawalla de Planetary Society tiene una publicación de blog extensa con más detalles sobre el desgaste de las ruedas, sus causas, estrategias de mitigación y vida útil proyectada.

Al final, le pedí a Erickson que pusiera el problema de la rueda en contexto con su experiencia en muchas otras misiones. Dijo que el problema del daño a las ruedas de Curiosity definitivamente ha tenido un impacto significativo en la misión, y mencionó como comparación la falla de la rueda en Spirit, cuando tuvieron que comenzar a arrastrar la rueda delantera derecha detrás de ellos y conducir exclusivamente hacia atrás. Pero el problema de Curiosity no es tan malo como el de Spirit porque Curiosity no es menos móvil que antes. Pueden optar por aceptar el daño de la rueda si determinan que el valor científico vale la pena. Entonces, mientras que los problemas de movilidad de Spirit limitaron el alcance de lo que podría hacer el rover, los problemas de movilidad de Curiosity no lo hacen, al menos, no directamente. El mayor efecto del problema del daño de la rueda es ralentizar la misión. Y eso' es lo que limitará cuánto logra Curiosity. Al no viajar tan rápido y al tener que limitar sus opciones de ruta, la cantidad de exploración que pueden hacer es necesariamente menor que si pudieran andar galopando por los afloramientos rocosos a voluntad.

Actualización : en junio de 2016, se volvieron a tomar imágenes de las ruedas , mostrando solo un ligero aumento en el daño en comparación con el año pasado.

Resiliencia:

No hay forma de que un neumático inflable de ningún tipo pueda usarse para misiones remotas, porque son increíblemente poco confiables. Piense en los neumáticos de automóviles o bicicletas aquí en la Tierra, donde tenemos un rango de temperaturas bastante pequeño. Se pinchan con facilidad, estallan, pierden presión, la goma se degrada, etc. Cuando tienen un pinchazo, arreglarlo es complejo: no podemos automatizarlo en este planeta, y mucho menos arreglar las reparaciones de pinchazos en otro mundo con temperaturas más extremas. .

Peso:

Los neumáticos son pesados. Una rueda delgada de carcasa de aluminio, o incluso una rueda de rejilla, es liviana. Y la masa es muy importante cuando se trata de delta-v.

y más importante

Esperanza de vida

Se espera que Curiosity solo funcione durante 2 años. Hasta ahora ha sobrevivido con éxito y llevado a cabo un estudio científico útil. Creo que estas ruedas han funcionado extremadamente bien.

Creo que los neumáticos de goma no funcionan, agregar complejidad adicional (que puede fallar) es demasiado arriesgado. El metal es definitivamente el camino a seguir. Sin embargo, en primer lugar, creo que el tipo de metal utilizado fue una muy mala idea, ya que es inherentemente suave, aunque liviano (por eso eligieron el aluminio), deberían haber elegido titanio, sí, un poco más de peso (no mucho) pero casi indestructible.

En segundo lugar, deberían haber pensado más en el patrón del hilo, el que usaron no es muy bueno para mover la arena blanda hacia un lado y hacia afuera. Realmente podrían haberlo hecho mucho mejor de lo que lo hicieron. Si falla la curiosidad, y espero que no, probablemente sea por los defectos de diseño de las ruedas.