Il rover Curiosity ha fatto delle scoperte incredibili durante i cinque anni in cui ha operato sulla superficie di Marte. E nel corso della sua ricerca, il rover ha anche accumulato un notevole chilometraggio. Però, è stata sicuramente una sorpresa quando durante gli esami di routine nel 2013, i membri del team scientifico di Curiosity hanno notato che le sue ruote avevano subito strappi nei loro battistrada (seguiti da rotture segnalate nel 2017).

Guardando al futuro, i ricercatori del Glenn Research Center della NASA sperano di dotare i rover di prossima generazione di una nuova ruota. Si basa sul "pneumatico primaverile", che la NASA ha sviluppato con Goodyear a metà degli anni 2000. Però, invece di utilizzare fili di acciaio arrotolati intrecciati in un motivo a rete (che faceva parte del design originale), un team di scienziati della NASA ha creato una versione più resistente e flessibile che potrebbe rivoluzionare l'esplorazione dello spazio.

Quando si arriva al punto giusto, la luna, Marte, e altri corpi nel Sistema Solare hanno dure, terreno punitivo. Nel caso della luna, il problema principale è la regolite (alias polvere di luna) che copre la maggior parte della sua superficie. Questa polvere fine è essenzialmente frammenti frastagliati di roccia lunare che danneggiano i motori e i componenti delle macchine. Su Marte, la situazione è leggermente diversa, con regolite e rocce taglienti che coprono la maggior parte del terreno.

Nel 2013, dopo appena un anno in superficie, le ruote del rover Curiosity hanno iniziato a mostrare segni di usura a causa dell'attraversamento di terreni inaspettatamente aspri. Ciò ha portato molti a temere che il rover potesse non essere in grado di completare la sua missione. Ha anche portato molti al Glenn Research Center della NASA a riconsiderare un progetto su cui avevano lavorato quasi un decennio prima, che era destinato a rinnovate missioni sulla luna.

Per la NASA Glenn, lo sviluppo dei pneumatici è al centro della ricerca da circa un decennio. Nel rispetto, stanno tornando a un'antica tradizione di ingegneri e scienziati della NASA, che ha avuto inizio nell'era Apollo. Al tempo, entrambi i programmi spaziali americano e russo stavano valutando diversi modelli di pneumatici da utilizzare sulla superficie lunare. Globale, sono stati proposti tre progetti principali.

Primo, avevi le ruote appositamente progettate per il rover Lunokhod, un veicolo russo il cui nome si traduce letteralmente in "moon Walker". Il design delle ruote di questo rover consisteva in otto cerchi rigidi, pneumatici a rete metallica che erano collegati ai loro assi da raggi di bicicletta. I tacchetti metallici sono stati montati anche all'esterno del pneumatico per garantire una migliore trazione nella polvere lunare.

Poi c'era il concetto della NASA per un trasportatore di attrezzature modulari (MET), che è stato sviluppato con il supporto di Goodyear. Questo carrello non alimentato è arrivato con due riempiti di azoto, pneumatici in gomma liscia per facilitare il traino del carrello attraverso il suolo lunare e sulle rocce. E poi c'era il design per il Lunar Roving Vehicle (LRV), che è stato l'ultimo veicolo della NASA a visitare la luna.

Questo veicolo con equipaggio, che gli astronauti dell'Apollo guidavano sull'impegnativa superficie lunare, fatto affidamento su quattro grandi, ruote flessibili in rete metallica con telai interni rigidi. A metà degli anni 2000, quando la NASA iniziò a pianificare nuove missioni sulla luna (e future missioni su Marte), hanno iniziato a rivalutare il pneumatico LRV e ad incorporare nuovi materiali e tecnologie nel design.

Il frutto di questa rinnovata ricerca è stato lo Spring Tire, che era il lavoro dell'ingegnere di ricerca meccanica Vivake Asnani, che ha lavorato a stretto contatto con Goodyear per svilupparlo. Il design richiedeva un airless, pneumatico conforme composto da centinaia di fili di acciaio arrotolati, che sono stati poi intrecciati in una rete flessibile. Questo non solo garantiva leggerezza, ma ha anche dato ai pneumatici la capacità di supportare carichi elevati adattandosi al terreno.

Per vedere come se la sarebbe cavata lo Spring Tire su Marte, gli ingegneri del Glenn Research Center della NASA hanno iniziato a testarli nel laboratorio Slope, dove li hanno fatti correre attraverso un percorso a ostacoli che simulava l'ambiente marziano. Mentre i pneumatici si sono comportati generalmente bene nella sabbia simulata, hanno avuto problemi quando la rete metallica si è deformata dopo aver attraversato rocce frastagliate.

Per affrontare questo, Colin Creager e Santo Padova (ingegnere della NASA e scienziato dei materiali, rispettivamente) discusso possibili alternative. In tempo, hanno convenuto che i fili di acciaio dovrebbero essere sostituiti con nichel titanio, una lega a memoria di forma in grado di mantenere la sua forma in condizioni difficili. Come ha spiegato Padova in un segmento video della NASA Glenn, l'ispirazione per usare questa lega è stata molto fortuita:

"Mi è capitato di essere nell'edificio qui, dove si trova lo Slope lab. Ed ero qui per un incontro diverso per il lavoro che faccio sulle leghe a memoria di forma, e mi è capitato di incontrare Colin nel corridoio. E io ero tipo 'cosa stai facendo e perché non sei nel laboratorio di impatto?' – perché lo conoscevo da studente. Egli ha detto:'bene, mi sono laureato, e ho lavorato qui a tempo pieno per un po'... lavoro in Slope."

Nonostante lavori in JPL da 10 anni, Padova non aveva mai visto il laboratorio Slope e ha accettato un invito per vedere su cosa stavano lavorando. Dopo essere entrati nel laboratorio e aver esaminato le gomme primaverili che stavano testando, Padova ha chiesto se avessero problemi di deformazione. Quando Creager ha ammesso che lo erano, Padova ha proposto una soluzione che proprio per caso era il suo campo di competenza.

"Non avevo mai nemmeno sentito parlare del termine leghe a memoria di forma prima, ma sapevo che [Padova] era un ingegnere di scienza dei materiali, " disse Creager. "E così, da allora abbiamo collaborato a questi pneumatici utilizzando la sua esperienza nei materiali, soprattutto nelle leghe a memoria di forma, per inventare questo nuovo pneumatico che pensiamo rivoluzionerà davvero le gomme dei rover planetari e potenzialmente anche le gomme per la Terra".

La chiave per modellare le leghe a memoria è la loro struttura atomica, che viene assemblato in modo tale che il materiale "ricordi" la sua forma originale e sia in grado di ritornarvi dopo essere stato sottoposto a deformazioni e sforzi. Dopo aver costruito il pneumatico in lega a memoria di forma, gli ingegneri di Glenn lo inviarono al Jet Propulsion Laboratory, dove è stato testato nel Mars Life Test Facility.

Globale, le gomme non solo si sono comportate bene sulla sabbia marziana simulata, ma erano in grado di sopportare senza difficoltà il superamento di affioramenti rocciosi punitivi. Anche dopo che i pneumatici sono stati deformati fino ai loro assi, sono stati in grado di mantenere la loro forma originale. Sono anche riusciti a farlo trasportando un carico utile significativo, che è un altro prerequisito per lo sviluppo di pneumatici per veicoli da esplorazione e rover.

Le priorità per il Mars Spring Tire (MST) sono offrire una maggiore durata, migliore trazione su sabbia soffice, e peso più leggero. Come indica la NASA sul sito Web MST (parte del sito Web del Glenn Research Center), ci sono tre vantaggi principali nello sviluppo di pneumatici conformi ad alte prestazioni come la Spring Wheel:

"Primo, permetterebbero ai rover di esplorare regioni della superficie più vaste di quelle attualmente possibili. In secondo luogo, perché si adattano al terreno e non affondano tanto quanto le ruote rigide, possono trasportare carichi utili più pesanti a parità di massa e volume. Infine, perché i pneumatici conformi possono assorbire energia dagli impatti a velocità da moderate ad alte, possono essere utilizzati su veicoli di esplorazione con equipaggio che dovrebbero muoversi a velocità significativamente superiori agli attuali rover su Marte".

La prima occasione disponibile per testare questi pneumatici è a pochi anni di distanza, quando il Rover Mars 2020 della NASA verrà inviato sulla superficie del Pianeta Rosso. Una volta lì, il rover riprenderà da dove Curiosity e altri rover hanno lasciato, cercando segni di vita nel duro ambiente di Marte. Il rover ha anche il compito di preparare campioni che alla fine verranno restituiti sulla Terra da una missione con equipaggio, che dovrebbe avvenire entro il 2030.