Le rover Curiosity a fait des découvertes incroyables au cours de ses cinq années d'exploitation à la surface de Mars. Et dans le cadre de ses recherches, le rover a également accumulé un kilométrage important. Cependant, cela a certainement été une surprise lorsque lors d'un examen de routine en 2013, des membres de l'équipe scientifique de Curiosity ont noté que ses roues avaient subi des déchirures dans leurs bandes de roulement (suivies de ruptures signalées en 2017).

En regardant vers l'avenir, des chercheurs du Glenn Research Center de la NASA espèrent équiper les rovers de nouvelle génération d'une nouvelle roue. Il est basé sur le "Pneu à ressort", que la NASA a développé avec Goodyear au milieu des années 2000. Cependant, plutôt que d'utiliser des fils d'acier enroulés tissés dans un motif de maille (qui faisait partie de la conception originale), une équipe de scientifiques de la NASA a créé une version plus durable et flexible qui pourrait révolutionner l'exploration spatiale.

Au fond, la lune, Mars, et d'autres corps dans le système solaire ont dur, terrain punitif. Dans le cas de la lune, le problème principal est le régolithe (alias la poussière de lune) qui couvre la majorité de sa surface. Cette fine poussière est essentiellement constituée de morceaux de roche lunaire déchiquetés qui font des ravages dans les moteurs et les composants de la machine. Sur Mars, la situation est légèrement différente, avec du régolithe et des roches acérées couvrant la majeure partie du terrain.

En 2013, après seulement un an en surface, les roues du rover Curiosity ont commencé à montrer des signes d'usure en raison de la traversée d'un terrain étonnamment dur. Cela a conduit beaucoup à craindre que le rover ne puisse pas accomplir sa mission. Cela a également conduit de nombreux membres du Glenn Research Center de la NASA à reconsidérer une conception sur laquelle ils avaient travaillé près d'une décennie auparavant, qui était destiné à des missions renouvelées vers la Lune.

Pour la NASA Glenn, Le développement des pneus est au centre des recherches depuis une dizaine d'années maintenant. A cet égard, ils reviennent à une tradition séculaire d'ingénieurs et de scientifiques de la NASA, qui a commencé à l'époque d'Apollo. À l'époque, les programmes spatiaux américains et russes évaluaient plusieurs conceptions de pneus à utiliser sur la surface lunaire. Globalement, trois grandes conceptions ont été proposées.

D'abord, vous aviez les roues spécialement conçues pour le rover Lunokhod, un véhicule russe dont le nom se traduit littéralement par « Moon Walker ». La conception des roues de ce rover consistait en huit jantes rigides, des pneus grillagés reliés à leurs essieux par des rayons de type vélo. Des crampons métalliques ont également été montés à l'extérieur du pneu pour assurer une meilleure traction dans la poussière lunaire.

Ensuite, il y avait le concept de la NASA pour un transporteur d'équipement modulaire (MET), qui a été développé avec le soutien de Goodyear. Ce chariot non motorisé était livré avec deux remplis d'azote, pneus en caoutchouc lisses pour faciliter la traction du chariot à travers le sol lunaire et sur les rochers. Et puis il y a eu la conception du Lunar Roving Vehicle (LRV), qui était le dernier véhicule de la NASA à visiter la lune.

Ce véhicule avec équipage, que les astronautes d'Apollo avaient l'habitude de conduire sur la surface lunaire difficile, s'est appuyé sur quatre grands, roues flexibles en treillis métallique avec cadres intérieurs rigides. Au milieu des années 2000, lorsque la NASA a commencé à planifier le montage de nouvelles missions sur la Lune (et de futures missions sur Mars), ils ont commencé à réévaluer le pneu LRV et à incorporer de nouveaux matériaux et technologies dans la conception.

Le fruit de cette recherche renouvelée fut le Spring Tire, qui était l'œuvre de l'ingénieur de recherche en mécanique Vivake Asnani, qui a travaillé en étroite collaboration avec Goodyear pour le développer. La conception demandait un airless, pneu conforme composé de centaines de fils d'acier enroulés, qui ont ensuite été tissés en un maillage flexible. Cela a non seulement assuré un poids léger, mais a également donné aux pneus la capacité de supporter des charges élevées tout en se conformant au terrain.

Pour voir comment le Spring Tire s'en sortirait sur Mars, les ingénieurs du Glenn Research Center de la NASA ont commencé à les tester dans le laboratoire Slope, où ils leur ont fait traverser un parcours d'obstacles qui simulait l'environnement martien. Alors que les pneus se sont généralement bien comportés dans le sable simulé, ils ont rencontré des problèmes lorsque le treillis métallique s'est déformé après être passé sur des rochers déchiquetés.

Pour remédier à ce, Colin Creager et Santo Padua (ingénieur de la NASA et scientifique des matériaux, respectivement) ont discuté des alternatives possibles. À l'heure, ils ont convenu que les fils d'acier devraient être remplacés par du nickel-titane, un alliage à mémoire de forme capable de conserver sa forme dans des conditions difficiles. Comme Padoue l'a expliqué dans un segment vidéo de la NASA Glenn, l'inspiration pour utiliser cet alliage était très fortuite :

"Je viens d'être dans le bâtiment ici, où se trouve le laboratoire Slope. Et j'étais ici pour une réunion différente pour le travail que je fais dans les alliages à mémoire de forme, et je rencontre Colin dans le hall. Et j'étais comme 'qu'est-ce que tu fais en arrière et pourquoi n'es-tu pas dans le laboratoire d'impact ?' – parce que je l'ai connu en tant qu'étudiant. Il a dit, 'bien, je suis diplômé, et je travaille ici à temps plein depuis un certain temps… Je travaille à Slope."

Bien qu'ayant travaillé au JPL pendant 10 ans, Padoue n'avait jamais vu le laboratoire Slope auparavant et a accepté une invitation pour voir sur quoi ils travaillaient. Après être entré dans le laboratoire et avoir examiné les pneus à ressort qu'ils testaient, Padoue a demandé s'ils avaient des problèmes de déformation. Lorsque Creager a admis qu'ils l'étaient, Padoue a proposé une solution qui était justement son domaine d'expertise.

"Je n'avais jamais entendu parler du terme alliages à mémoire de forme auparavant, mais je savais que [Padoue] était ingénieur en science des matériaux, " dit Creager. " Et ainsi, depuis, nous collaborons sur ces pneus grâce à son expertise des matériaux, notamment dans les alliages à mémoire de forme, pour proposer ce nouveau pneu qui, selon nous, va vraiment révolutionner les pneus des rover planétaires et potentiellement même des pneus pour la Terre. »

La clé des alliages à mémoire de forme est leur structure atomique, qui est assemblé de manière à ce que le matériau "se souvienne" de sa forme d'origine et puisse y revenir après avoir été soumis à une déformation et à une contrainte. Après avoir construit le pneu en alliage à mémoire de forme, les ingénieurs de Glenn l'ont envoyé au Jet Propulsion Laboratory, où il a été testé dans le Mars Life Test Facility.

Globalement, les pneus ont non seulement bien fonctionné dans du sable martien simulé, mais ont pu résister sans difficulté à franchir des affleurements rocheux punitifs. Même après que les pneus aient été déformés jusqu'à leurs essieux, ils ont pu conserver leur forme d'origine. Ils ont également réussi à le faire tout en transportant une charge utile importante, ce qui est une autre condition préalable au développement de pneus pour les véhicules d'exploration et les rovers.

Les priorités du Mars Spring Tire (MST) sont d'offrir une plus grande durabilité, meilleure traction dans le sable mou, et un poids plus léger. Comme l'indique la NASA sur le site Web du MST (qui fait partie du site Web du Glenn Research Center), il y a trois avantages majeurs à développer des pneus conformes hautes performances comme la roue à ressort :

"D'abord, ils permettraient aux rovers d'explorer de plus grandes régions de la surface que ce qui est actuellement possible. Deuxièmement, car elles s'adaptent au terrain et ne s'enfoncent pas autant que les roues rigides, ils peuvent transporter des charges utiles plus lourdes pour la même masse et le même volume. Dernièrement, parce que les pneus conformes peuvent absorber l'énergie des impacts à des vitesses modérées à élevées, ils peuvent être utilisés sur des véhicules d'exploration avec équipage qui devraient se déplacer à des vitesses nettement supérieures à celles des rovers martiens actuels."

La première occasion disponible de tester ces pneus est dans quelques années, quand le Rover Mars 2020 de la NASA sera envoyé à la surface de la planète rouge. Une fois là, le rover reprendra là où Curiosity et les autres rovers se sont arrêtés, à la recherche de signes de vie dans l'environnement hostile de Mars. Le rover est également chargé de préparer des échantillons qui seront éventuellement renvoyés sur Terre par une mission en équipage, qui devrait avoir lieu dans les années 2030.