NASA革命性記憶合金輪胎征服火星地形

太空探索正迎來令人興奮的進展，美國國家航空暨太空總署（NASA）正在測試革命性的形狀記憶合金（SMA）彈簧輪胎，這些輪胎是為應對火星惡劣地形而設計的。這項創新由NASA格倫研究中心與固特異公司合作開發，與傳統金屬不同，這些輪胎能夠承受極度變形，並恢復到原來的形狀。

數個世紀以來，火星一直吸引著科學家和探險家。作為太陽系中離太陽第四近的行星，它就像一片廣袤的紅色沙漠，地形崎嶇且充滿挑戰。儘管已經有多次機器人探測任務前往火星，但NASA僅探索了其表面約1%的區域。為了準備未來的人類和機器人探測任務，NASA最近在模擬火星地形上進行了大規模的火星車測試，其中就採用了這項突破性的形狀記憶合金彈簧輪胎技術。

火星車是用於探索行星和月球表面的移動機器人，它們需要高度耐用的輪胎才能有效地在其環境中航行。火星崎嶇不平的岩石地貌給移動性帶來了巨大挑戰，因此堅固且靈活的輪胎對於成功的探索至關重要。而形狀記憶合金彈簧輪胎為這些挑戰提供了一個很有前景的解決方案。

形狀記憶合金是一種特殊的金屬，在被彎曲、拉伸、加熱或冷卻後能夠恢復到原來的形狀。雖然NASA已經在各種應用中使用這項技術數十年，但將其應用於火星車輪胎是一個相對較新且令人興奮的發展。NASA格倫研究中心的材料研究工程師桑託·帕杜拉二世博士表示：「我們格倫研究中心是全球在改變合金成分、材料加工以及對這些系統進行建模方面的領先者之一，這樣我們就能控制和穩定其效能，使其能夠在實際應用中得到利用。」

帕杜拉和他的團隊已經對形狀記憶合金的多種應用進行了測試，而他對輪胎應用的靈感來自一次偶然的相遇。當時，帕杜拉在離開一次會議時遇到了多年未見的NASA格倫研究中心機械工程師科林·克里格。克里格藉此機會向他介紹了自己在NASA格倫模擬月球作業（SLOPE）實驗室的工作，該實驗室可以模擬月球和火星的表面，幫助科學家測試火星車的效能。克里格帶帕杜拉來到實驗室，帕杜拉立刻注意到了那裡的彈簧輪胎，當時這些輪胎是用鋼製成的。

帕杜拉說：「我一看到輪胎就問，你們這些輪胎不會有塑性變形的問題嗎？」塑性變形是指金屬發生不可逆的變形，可能導致部件損壞或失效。克里格回答說：「這是我們唯一無法解決的問題。」帕杜拉接著說：「我有解決方案，我正在開發一種新合金，可以解決這個問題。」於是，形狀記憶合金輪胎的研發就此展開。

從那時起，帕杜拉、克里格和他們的團隊聯手，用一種改變遊戲規則的材料——鎳鈦形狀記憶合金，改進了NASA現有的彈簧輪胎。這種金屬即使在極度應力下也能承受變形，使輪胎即使在受到劇烈衝擊後也能恢復到原來的形狀，這是傳統金屬彈簧輪胎無法做到的。

此後，相關研究大量展開。2024年秋季，NASA格倫研究中心的團隊前往英國斯蒂夫尼奇的空中巴士防務與太空公司，測試NASA創新的形狀記憶合金彈簧輪胎。測試在空巴火星測試場進行，這是一個用於模擬火星惡劣地形條件的封閉設施。克里格說：「我們和團隊一起去了那裡，帶上了我們的運動跟蹤系統，進行了上坡和下坡等不同測試。我們還在岩石和沙地進行了大量橫坡測試，重點是瞭解其穩定性，因為這是我們以前從未測試過的。」

在測試過程中，研究人員密切監測火星車車輪碾過岩石的情況，特別關注輪胎胎冠的位移、是否有損壞以及下坡滑行的情況。團隊預計會有滑行和位移，但實際情況非常輕微，測試達到了所有預期。研究人員還獲得了有關輪胎穩定性、可操作性和越過岩石能力的見解。

隨著NASA繼續推進深空探索系統的發展，該機構的艙外活動和人類表面移動性計劃邀請帕杜拉研究進一步改善形狀記憶合金效能的方法，以用於未來的火星車輪胎和其他潛在應用，包括月球環境。帕杜拉表示：「我的目標是擴充套件形狀記憶合金在輪胎等應用中的工作溫度範圍，並考慮將這些材料用於棲息地保護。我們需要適用於極端環境的新材料，這些材料能夠吸收月球上微隕石撞擊的能量，從而為大量宇航員和科學家在月球和火星上開展工作提供棲息地結構。」研究人員表示，形狀記憶合金彈簧輪胎只是一個開始。