چرخ بدون هوا قابل گسترش | مقاوم در برابرضربه در ماموریتهای فضایی
ارسال یک مریخنورد به فضا برای کاوش در سیارات یا اجرام آسمانی دیگر، با مجموعهای سرگیجهآور از چالشها همراه است. یکی از پیچیدهترین این چالشها، اطمینان از این است که وسیله نقلیه در آنجا خراب نشود و از کار نیفتد. دوام یک نیاز اساسی است که اساساً طراحی مریخنورد را شکل میدهد، به همین دلیل انتخاب مواد یکی از حیاتیترین تصمیمات مهندسی در اکتشافات فضایی محسوب میشود. این نگرانی کاملاً بجاست؛ به عنوان مثال، در سپتامبر گذشته، تصویری از مریخنورد کنجکاوی ناسا، که در سال ۲۰۱۲ در مریخ فرود آمد، نشان داد که چرخهای آن در اثر عبور از سطح ناهموار سیاره سرخ آسیبهای قابل توجهی دیدهاند. خوشبختانه فرورفتگیها و سوراخهای گوناگون مانع از کارکرد آن در طول سالها نشد، اما به راحتی میتوانستند عملیات را متوقف کنند. از آنجا که مریخنوردها در معرض انواع آسیبهای ناشی از ضربه و شرایط سایشی هستند، پیشرفت در طراحی قطعات، مانند چرخها، از اهمیت فوقالعادهای برخوردار است. همچنین با توجه به اینکه مریخنوردها میتوانند وزن زیادی داشته باشند (کنجکاوی حدود یک تن وزن داشت)، مقاومت در برابر سایش و پارگی در طول مأموریتهای طولانی بسیار دشوارتر میشود.
تولد چرخهای ضدضربه کرهای
برای کاهش شدید خطرات خرابی در فضا، تیمی از مهندسان هوافضای کرهجنوبی چرخ بدون هوا قابل گسترش را طراحی کردهاند که نیازی به تیوب پر از هوا ندارد و میتواند اندازه خود را تغییر دهد و ضربات جدی را تحمل کند. این چرخ هلالی شکل، توسط تیمی از دانشگاه KAIST توسعه یافته است و در آزمایشهای خود توانست سقوط از ارتفاع بیش از ۴ متر (۱۳ فوت) را با موفقیت پشت سر بگذارد و حتی بدون متلاشی شدن، از میان آتش نیز رانندگی کند.
این چرخ از نوارهای فولادی انعطافپذیر استفاده میکند که به صورت یک الگوی بافته شده و هلالی متقاطع چیده شدهاند و برای تحمل بار مناسب هستند. این ساختار به گونهای طراحی شده است که شبیه ساختار خود نگهدارنده پل داوینچی عمل کند، به این معنی که نوارها بدون نیاز به چسب یا اجزای اتصال اضافی، به طور متقابل از یکدیگر پشتیبانی میکنند. این پیکربندی هلالی نوارها اجازه میدهد تا بار چرخ به طور موثر در تمام بدنه آن توزیع شود. این مکانیزم، چرخ را قادر میسازد تا شوکها را به طور موثر جذب کند و آسیب ناشی از زمینهای ناهموار یا سقوطهای عمودی در هنگام رانندگی را کاهش دهد.
چرخ بزرگتر، کارایی بهتر
یکی از نوآوریهای کلیدی این طراحی، قابلیت تغییر اندازه شعاعی آن است. برخلاف ساختارهای متغیر شکل قدیمی که به اتصالات مکانیکی متکی بودند، این طرح جدید از تغییر شکل پیوسته استفاده میکند که توسط یک مکانیزم سیمپیچی (coiling mechanism) هدایت میشود. سئونگ-بین لی، محقق ارشد این طرح از آزمایشگاه رباتیک و مکانیزمهای هوافضا در KAIST، توضیح میدهد که این انعطافپذیری در انتخاب مواد به ساختار اجازه میدهد تا برای پاسخگویی به تقاضاهای محیطهای مأموریتی شدید مختلف، سفارشیسازی شود.
هاب چرخ، دو طرف را به هم متصل میکند که میتوانند در جهتهای مخالف بچرخند، به طوری که طرح فعلی میتواند به صورت شعاعی از قطر فشرده ۹ اینچ (۲۳۰ میلیمتر) تا ۱۹.۷ اینچ (۵۰۰ میلیمتر) بدون هیچ لولایی گسترش یابد. این قابلیت به چرخ امکان میدهد تا برای ذخیرهسازی، به حداقل انرژی نیاز داشته باشد، اما در هنگام رانندگی در برابر بارهای عمودی مقاومت زیادی در برابر تغییر شکل از خود نشان دهد. جالب است بدانید که نمونه اولیه این چرخ از همان فولاد کربن SK5 تحت عملیات حرارتی استفاده میکند که در مترهای نواری تجاری یافت میشود. البته تیم امیدوار است این طراحی بتواند از مواد مناسبتری برای محیطهای فضایی، مانند فولاد ضدزنگ، مواد الاستیک با مقاومت بالا یا فلزات مختلف دیگر بهره ببرد.
آزمایشهای شبیهسازی شده در محیط ماه
برای اثبات کارایی، تیم تحقیقاتی دو نمونه از این چرخ را بر روی یک مریخنورد آزمایشی نصب کرد و آن را در یک محیط بیرونی که خاک ماه و موانع بزرگ را شبیهسازی میکرد، مورد آزمایش قرار داد. این مریخنورد نه تنها با موفقیت از منطقه عبور کرد، بلکه توانست از یک مانع پلکانی شیبدار با زاویه ۳۴ درجه نیز بالا برود. همچنین پس از سقوطهای بزرگ از ارتفاع چند فوتی و عبور از میان آتش، همچنان به حرکت خود ادامه داد.
محققان بر این باورند که این چرخ میتواند برای وسایل نقلیه اکتشافی ماه که باید از زمینهای ناهموار شنی و صخرهای عبور کنند، بسیار مفید باشد. این چرخ مخصوصاً برای رسیدن به «گودالهای قمری» حیاتی است؛ مناطقی که میتوانند فضانوردان را از تشعشعات و تغییرات شدید دمایی سطح ماه (از ۱۲۷ درجه سانتیگراد در روز تا منفی ۱۷۳ درجه سانتیگراد در شب) محافظت کنند. با توجه به اینکه خرابی چرخها میتواند به معنای توقف کامل یک مأموریت اکتشاف فرازمینی باشد و امکان تعمیر از راه دور وجود ندارد، پیشرفتهایی در طراحی قطعات، مانند این چرخ، ضروری است. تیم امیدوار است که طراحی چرخ آنها در نهایت در سیستمهای مریخنوردهای فضایی برای مأموریتهای اکتشافی آینده ادغام شود.
سوالات متداول
1. چه کسی چرخ هلالی انعطافپذیر را طراحی کرده است؟
این چرخ توسط تیمی از مهندسان هوافضای کرهجنوبی، به رهبری سئونگ-بین لی از آزمایشگاه رباتیک و مکانیزمهای هوافضا در دانشگاه KAIST، طراحی شده است.
2. این چرخ چگونه اندازه خود را تغییر میدهد؟
این چرخ از مکانیزم سیمپیچی استفاده میکند که دو طرف متصل به هاب را قادر میسازد در جهتهای مخالف بچرخند. این قابلیت باعث میشود قطر آن به صورت شعاعی از ۹ اینچ (۲۳۰ میلیمتر) تا حدود ۱۹.۷ اینچ (۵۰۰ میلیمتر) بدون نیاز به لولا گسترش یابد.
3. آیا این چرخ بدون هوا کار میکند؟
بله، این یک چرخ بدون هوا (airless) است که نیازی به تیوب پر شده ندارد.
4. مقاومت چرخ در برابر آسیب چقدر است؟
این چرخ توانست از یک سقوط از ارتفاع بیش از ۴ متر (۱۳ فوت) جان سالم به در ببرد و بدون اینکه از هم بپاشد، از میان آتش نیز رانندگی کرد.
5. چرا دوام چرخها در مأموریتهای فضایی اینقدر مهم است؟
دوام بالا بسیار حیاتی است زیرا مریخنوردها در معرض انواع آسیبها و شرایط سایشی هستند و هیچ راهی برای تعمیر آنها از راه دور وجود ندارد؛ بنابراین خرابی چرخ میتواند به معنای توقف کامل مأموریت باشد.
6. این طراحی برای چه مناطقی از ماه در نظر گرفته شده است؟
این طراحی میتواند برای عبور از زمینهای ناهموار شنی و صخرهای، و به ویژه برای دسترسی به گودالهای قمری، که میتوانند فضانوردان را از نوسانات شدید دمایی و تشعشعات محافظت کنند، مفید باشد.
ثمینه تفقدی هستم علاقه مند به محتوا نویسی، از سال ۲۰۲۴ به تیمی که در زمینه ارز دیجیتال فعالیت داشت پیوستم و از اوایل سال ۲۰۲۵ با علاقه مند شدن به گجت ها و نوآوری هایی که برای اولین بار در جهان اتفاق می افتد، باعث شد تا با تیم جوان و با پشتکار پارس دیجی آشنا بشم از اون تاریخ به بعد درباره بهترین گجت ها تحقیق میکنم تا اطلاعات بهینه ای را در اختیار خوانندگان محترم این سایت قرار دهم
نظرات کاربران