Lốp vĩnh cửu của NASA: đi được trên mọi địa hình, chịu được độ lạnh -200 độ C

Không chỉ dành riêng cho sứ mệnh sao Hỏa, loại lốp này nhiều khả năng sẽ còn được sử dụng trên chính Trái đất.

Môi trường sao Hỏa khắc nghiệt ăn mòn lốp xe của chú robot Curiosity – hệ thống robot nặng một tấn, vận hành bằng năng lượng hạt nhân, có nhiệm vụ khám phá vùng đất đỏ mới lạ kia – với một tốc độ hơi chóng mặt. Chỉ sau có một năm đi lại, với tốc độ chỉ 0,14 /h – 0,04m/s mà đá Sao Hỏa đã chọc ra nhiều lỗ thủng lớn trên lốp xe của Curiosity.

Thật khó để sửa một chiếc lốp bị xẹp trên sao Hỏa hoặc Mặt trăng. Trên thực tế, điều đó gần như không thể. Vì vậy, khi NASA gửi tàu thăm dò hoặc bất kỳ loại tàu thám hiểm có bánh xe nào ra ngoài không gian, họ cần đảm bảo rằng những bánh xe đó sẽ không thể bị thủng trong bấy cứ trường hợp nào. Và đây cũng chính là lúc những những chiếc lốp xe Superelastic Tyre (lốp siêu đàn hồi) ra đời.

Lốp siêu đàn hồi được NASA phát triển cho các sứ mệnh Mặt Trăng và Sao Hỏa trong tương lai – nhưng như cơ quan vũ trụ đã chỉ ra, đây cũng có thể là một giải pháp thay thế khả thi cho lốp khí nén truyền thống ở đây trên Trái Đất.

NASA cho biết: "Việc sử dụng các hợp kim mới có khả năng nhớ hình dạng sẽ giúp cho bánh xe chịu được độ biến dạng cao, thay vì các vật liệu đàn hồi thông thường, những vật liệu này sẽ giúp tạo ra một chiếc lốp có thể chịu được biến dạng quá mức mà không bị hư hại vĩnh viễn".

Lốp xe gần như vĩnh cửu làm từ sợi kim loại được đan lại.

Họ tạo ra một loại lốp xe gần như vĩnh cửu, làm từ sợi kim loại được đan lại, có khả năng "nhớ" được hình dạng tối ưu nhất của mình để có thể tự trở lại hình dáng ấy, sau khi đã bị các yếu tố tác động bên ngoài bóp méo hay làm biến dạng.

Việc nghiên cứu và thiết kế chiếc lốp đặc biệt này được tiến hành tại Trung tâm Nghiên cứu Glenn của NASA đặt tại Cleveland, Ohio. Kỹ sư Colin Creager và các cộng sự của mình đan kim loại – những sợi lò xo thép lại để tạo nên chiếc lốp ấy. Nó có khả năng bám được đất mềm và cát rất tốt, chịu được sức nặng lớn. Tuy nhiên, có một vấn đề khác.

"Chúng tôi chỉ gặp một vấn đề duy nhất, những cái lốp này luôn bị lõm vào sau một thời gian sử dụng", kỹ sư Creager nói.

Kim loại bị lõm sẽ khó có thể quay lại hình dáng ban đầu.

Rồi ông gặp Santo Padula, một nhà khoa học nghiên cứu vật liệu. Creager nhận được lời khuyên rằng ông nên sử dụng hợp kim nhớ hình dáng – một loại kim loại siêu đàn hồi, có thể quay trở lại hình dáng ban đầu của mình sau khi bị biến dạng.

"Từ thời điểm ấy, chúng tôi bắt đầu hợp tác … để tạo ra một loại lốp mới, loại lốp khiến chúng tôi nghĩ rằng nó sẽ cách mạng hóa lốp của những phương tiện thăm dò hành tinh khác và thậm chí, đổi mới ngay cả lốp xe trên Trái Đất này", Creager hồ hởi nói.

Việc lái xe trên vũ trụ cũng khó khăn ngang việc phóng tàu lên đó

NASA đã nghiên cứu và phát triển lốp xe phù hợp cho việc đi lại trên hành tinh khác từ những năm 1960, từ khi chương trình Vũ trụ Mặt trăng bắt đầu được tiến hành. Đầu tiên, đó là chiếc Lunar Roving Vehicle (LRV), được sử dụng trong 3 sứ mệnh Apollo 16, 16 và 17. Những miếng kim loại cứng giúp cho lốp xe di chuyển dễ dàng trên bề mặt Mặt trăng, gồm bụi Mặt trăng và đá dăm nhỏ.

Phi hành gia lái xe trên Mặt trăng.

Nhưng bề mặt sao Hỏa thì phức tạp hơn nhiều. Để một phương tiện đi được trên đó, nó phải thỏa mãn danh sách những yêu cầu cần có dài và lằng nhằng như sau:

– Lốp phải đi được trên mọi địa hình: bề mặt sao Hỏa là cát, sỏi và đá tảng, đá dăm nhỏ và nhọn.

– Xe phải nhẹ: tốn 30.000 USD để hạ cánh gần nửa kg lên bề mặt sao Hỏa, xe càng nhẹ thì càng đỡ tốn.

– Thời gian sử dụng phải dài: năng lượng Mặt trời, năng lượng hạt nhân sẽ là thứ giúp phương tiện duy trì được hoạt động trong nhiều năm, thậm chí là thập kỷ.

– Có thể chịu được thời tiết thất thường: lốp cao su thông thường sẽ không thể tồn tại được trong môi trường thiếu không khí, nhiệt độ dao động từ -129 độ C lên 21 độ C chỉ trong một thời gian ngắn.

Trên Curiosity là hệ thống lốp cao 50cm, được làm từ nhôm và gia cố bằng những vòng kim loại cứng cả bên ngoài và bên trong, bề mặt lốp có những rãnh chữ V nhằm bám đường tốt hơn, hệ thống giảm xóc bằng nan hoa sẽ giúp xe chống lại những cú xóc mạnh.

Chỉ 1 năm sau khi Curiosity nhận nhiệm vụ sao Hỏa, lốp xe đã có những lỗ thủng đáng lo ngại.

Nhưng chỉ 1 năm sau khi Curiosity nhận nhiệm vụ ssao Hỏa, lốp xe đã có những lỗ thủng đáng lo ngại. Ngày nay, xe phải đi tránh những nơi có đá dăm nhỏ nhằm giảm thiểu thiệt hại, nhưng lốp xe vẫn tiếp tục hỏng theo thời gian.

Một thứ lốp mới xuất hiện

Sau nhiều năm nghiên cứu, đội ngũ đã quyết định sử dụng hợp kim niken và titan (NiTi). Lò xo làm từ théo chỉ có thể bị kéo căng 0,3% (khoảng cách giữa các nguyên tử trong kim loại thay đổi) là nó sẽ bị lõm vĩnh viễn, không quay lại hình dáng cũ được.

Tuy nhiên, hợp kim NiTi có thể bị kéo căng 10% mà vẫn có thể về hình dáng cũ – nó có tính đàn hồi tốt hơn lò xo thép tới 30 lần.

Sử dụng hợp kim nhớ hình dạng làm bộ phận tăng cường xuyên tâm cũng có thể làm tăng khả năng chịu tải của lốp. Lốp Superelastic mang lại khả năng bám đường bằng hoặc vượt trội so với lốp khí nén thông thường và loại bỏ cả khả năng bị thủng, từ đó cải thiện hiệu suất sử dụng nhiên liệu và độ an toàn của ô tô. Ngoài ra, thiết kế lốp này không yêu cầu khung bên trong, điều này vừa đơn giản hóa vừa làm nhẹ cụm lốp/bánh xe.

Hợp kim NiTi có thể bị kéo căng 10% mà vẫn có thể về hình dáng cũ.

Kết quả nghiên cứu cho thấy thứ lốp mới này có thể tải được hơn 10 lần trọng lượng mà lốp Curiosity có thể tải, hoạt động được trong giới hạn nhiệt độ từ -130 độ C tới 90 độ C, bám đá và cát tốt hơn, leo dốc tốt hơn 23%.

Trong bài thử khắc nghiệt nhất, trên quãng đường 10km với đầy những địa hình "khó nhằn", chiếc lốp xe này vẫn hoàn thành một cách xuất sắc. Hiện tại, NASA đang xây dựng một phòng thử cực lạnh để thử lốp trong điều kiện nhiệt độ thấp.

Con đường dài ở phía trước

Thử nghiệm lốp của NASA.

Trong vi năm nữa, NASA sẽ phóng lên sao Hỏa con tàu Mars 2020 – giống với Curiosity nhưng nặng hơn. Theo lời ông Creager, đáng buồn là chiếc lốp tuyệt vời trên có thể không áp dụng được cho Mars 2020 do thời gian quá gấp và hạn hẹp. Lốp còn phải thử nhiều, cực nhiều mà sắp tới hạn chót phóng tàu rồi.

Tin tốt cho chúng ta trên Trái đất, là loại lốp này có thể được áp dụng ngay trên bề mặt hành tinh của chúng ta: đội ngũ nghiên cứu đang hợp tác với Goodyear – một công ty sản xuất lốp xe của Mỹ, thành lập từ năm 1898 – nhằm áp dụng loại lốp trên cho những chiếc xe chạy đường đất.

Trước mắt, có lẽ nó sẽ được đưa vào những chiếc xe của quân đội, chuyên chạy trên những cung đường đất gồ ghề, hiểm trở. Creager mong muốn rằng công nghệ lốp xe tiên tiến này có thể sẽ áp dụng được lên những chiếc xe chạy đường nhựa nữa.

HT (theo khoahoc.tv)