Warum neue Reifen die größte Herausforderung für die NASA sind

• Im Jahr 2030 sollen amerikanische Astronauten erneut den Mond betreten und benötigen dafür ein geeignetes Fortbewegungsmittel. . Drei Gruppen, darunter Goodyear, Michelin und Venturi Astrolab, arbeiten an Studien zur Entwicklung eines Lunar Terrain Vehicles (LTV). . Der Mondboden ist extrem abrasiv, und herkömmliche Gummireifen würden schnell versagen. . Venturi Astrolab hat bereits einen verformbaren Reifen aus Kabeln und Federungselementen vorgestellt. . Michelin setzt auf einen großen Kontaktbereich und innovative Materialien für ihre Mondreifen.

Im Jahr 2030, also in etwa sechs Jahren, werden amerikanische Astronauten erneut die Oberfläche des Mondes betreten. Doch sobald sie landen, stehen sie vor einer Herausforderung, die viele frischgebackene Autofahrer weltweit kennen: Sie benötigen ein passendes Fortbewegungsmittel. Die Mondmission, genannt , sieht vor, dass zwei Astronauten am Südpol des Mondes für sechs Tage wissenschaftliche Experimente durchführen. Um diesen Auftrag erfüllen zu können, hat NASA ein Fahrzeug in Auftrag gegeben – Betonung auf „Fahrzeug“.

NASA’s Vision

Diesen Frühling hat die NASA bekannt gegeben, dass drei Gruppen ausgewählt wurden, um einjährige Studien darüber zu erstellen, was zur Entwicklung eines Lunar Terrain Vehicles (LTV) notwendig ist. Diese Gruppen, von denen zwei Konsortien von Unternehmen sind, beinhalten auch zwei Reifenhersteller: Goodyear und Michelin. Der dritte Mitbewerber, Venturi Astrolab, hat bereits sein eigenes Design für ein Mondrad vorgestellt. Der endgültige Vertragspartner wird voraussichtlich in etwa einem Jahr bekannt gegeben, und wer auch immer das LTV entwirft, steht vor erheblichen Herausforderungen. NASA hat gefordert, dass das Rover nicht nur bereit sein soll, zwei Astronauten zu transportieren, sondern auch jahrelang ohne menschliche Präsenz für wissenschaftliche Experimente und kommerzielle Arbeiten auf dem Mond zu bleiben.

Setzen Sie handelsübliche Gummireifen auf dem Mond ein – insbesondere am Südpol des Mondes während der Mondnacht, wo Temperaturen bis zu -300 Grad Fahrenheit erreichen können – und das Resultat wird katastrophal sein. Die Reifen würden im lockeren Mondboden versinken. Die intensive Sonnenstrahlung auf dem Mond, welcher einer schützenden Atmosphäre entbehrt, würde das Gummi stark zersetzen. Die extremen Kältebedingungen würden die Reifen einfrieren, sie würden sich nicht mehr verformen oder zusammendrücken lassen und wären schwerer zu bewegen. Dies würde die Reifen spröde machen und sie würden zerspringen.

Technologische Herausforderungen

Diese Probleme verschärfen sich mit der Zeit. Der Mondboden, oder Lunar Regolith, ist laut Florian Vilcot, einem Innovationsexperten und Designer bei Michelin, besonders abrasiv. Diese Abrasivität droht, jedes ungeeignete Material schnell zu zerstören. Dies ist besonders wichtig für das LTV, da Michelin einen Reifen entwirft, der zehn Jahre halten und mehr als 10.000 Kilometer zurücklegen soll. Zum Vergleich: Die Lunar Rover Vehicles („Mond-Buggys“) der Apollo-Missionen in den frühen 1970er Jahren legten jeweils etwa 29 Kilometer zurück.

Zusätzlich erwähnen NASA-Dokumente, die die erforderlichen Spezifikationen der LTVs umreißen, dass das Fahrzeug nicht für Sprünge ausgelegt ist, es jedoch „ungeplante Momente“ geben wird, in denen ein Rad möglicherweise die Mondoberfläche verlassen muss.

Innovative Reifendetails

Dies alles bedeutet: Herkömmliche Reifen sind keine Lösung. Die Reifenhersteller befinden sich noch in der Anfangsphase ihrer einjährigen Machbarkeitsstudien, haben jedoch bereits einige Details über ihre Arbeit veröffentlicht. In einer schriftlichen Erklärung sagt John Kantura, Goodyears leitender Programmmanager für Mobilitätsarchitekturen, dass sich das Unternehmen aus Ohio darauf konzentriert, neue Materialien und Reifenarchitekturen zu finden, „um sicherzustellen, dass der Reifen die Erkundung für die Dauer“ der Mondmission unterstützen kann.

Venturi Astrolab, das sein Flexible Logistics and Exploration (FLEX) Rover 2022 vorgestellt hat, hat „verformbare“ Mondreifen gezeigt. Diese bestehen aus etwa 200 Kabeln, die als Speichen fungieren, einem mit Federn gefüllten Außenrand und einem neuartigen flexiblen Laufflächendesign. Ein Sprecher von Astrolab sagt, dass das Design des Rovers sich weiterentwickeln wird, während das Unternehmen sein Modell im nächsten Jahr durch Tests verfeinert.

Michelin konzentriert sich darauf, was sie einen „großen Kontaktbereich“ nennen, erklärt Designer Vilcot, was bedeutet, dass das Unternehmen möchte, dass seine Reifen flach gedrückt werden, um so viel Kontakt wie möglich mit der Mondoberfläche herzustellen. Dieser große Kontaktbereich wird besonders nützlich sein, wenn das LTV in und aus Kratern am Südpol des Mondes fahren muss, wo die Reifen auf Hänge von etwa 20 Grad in lockerem Boden treffen. Dies wird auch dazu beitragen, das gesamte LTV energieeffizient zu halten, was entscheidend ist, da das Fahrzeug von einem Solarfeld angetrieben wird und sich durch dunkle Perioden am Mondpol kämpfen muss.

Maximale „Verformbarkeit“ wird durch neue Arten von Reifenmaterialien unterstützt, über die Michelin noch nicht sprechen möchte. Aber das Unternehmen hat eine überraschende Designentscheidung getroffen: „Die beste Lösung, um [eine Bewegung] auf losem Boden zu erzeugen, ist es, kein Profil auf der Lauffläche des Reifens zu haben“, sagt Vilcot. Ein glatter Mondreifen wird den besten Bodenkontakt haben.

Standardreifenprobleme

Reifenprobleme sind keine theoretische Frage im Weltraum: 2017, fünf Jahre nach der Landung von Curiosity auf der Oberfläche des Mars, berichtete die NASA, dass sie zwei kleine Brüche in den Laufflächen des mittleren linken Rades entdeckt hatte. Der Rover hatte zu diesem Zeitpunkt nur 16 Kilometer zurückgelegt. Ein Team im Jet Propulsion Laboratory entwickelte neue Richtlinien darüber, wo und wie man den Rover fahren soll, um Schäden zu minimieren. Sie entwickelten auch einen Notfallplan: Sollte der Reifenschaden zu gravierend werden, könnte der Rover sich wiederholt in einen Felsen fahren, um einen Teil des beschädigten Rades abzuhebeln.

Gute Reifen führen zu guten Ergebnissen bei Weltraum-Rovern. Sieben Jahre später ist Curiosity immer noch unterwegs.