إطارات ناسا الجديدة من سبائك ذاكرة.. الحل الأمثل لتحديات تضاريس المريخ والقمر
علوم و تكنولوجيا
إطارات ناسا الجديدة من سبائك ذاكرة.. الحل الأمثل لتحديات تضاريس المريخ والقمر
29 كانون الثاني 2025 , 13:36 م

في تطور مثير لاستكشاف الفضاء، تقوم وكالة ناسا باختبار إطارات ربيعية مصنوعة من سبائك ذاكرة الشكل (SMA) مصممة لمواجهة التضاريس القاسية على كوكب المريخ، تم تطوير هذه الإطارات المبتكرة في مركز جلين التابع لناسا بالتعاون مع شركة Goodyear، حيث يمكنها تحمل التشوهات الشديدة والعودة إلى شكلها الأصلي، على عكس المعادن التقليدية.

استكشاف المريخ: تحدي التنقل

لقرون، أثار المريخ اهتمام العلماء والمستكشفين. باعتباره الكوكب الرابع من الشمس، يشبه المريخ صحراء حمراء شاسعة ذات تضاريس وعرة وصعبة، على الرغم من إرسال العديد من البعثات الروبوتية إلى المريخ، إلا أن ناسا لم تستكشف سوى حوالي 1% من سطحه، استعدادا للبعثات البشرية والروبوتية المستقبلية، أجرت ناسا مؤخرا اختبارات مكثفة على مركبات روفر في تضاريس محاكية للمريخ، وشملت هذه الاختبارات تقنية إطارات ربيعية مصنوعة من سبائك ذاكرة الشكل، والتي تم تطويرها في مركز أبحاث جلين التابع لناسا في كليفلاند بالتعاون مع شركة Goodyear للإطارات والمطاط.

تتطلب المركبات الروبوتية المتنقلة، المصممة لاستكشاف أسطح الكواكب والأقمار، إطارات متينة للغاية للتنقل بفعالية في بيئاتها، تشكل التضاريس الصخرية وغير المستوية للمريخ تحديات كبيرة للتنقل، مما يجعل الإطارات القوية والمرنة ضرورية لاستكشاف ناجح. وتقدم إطارات سبائك ذاكرة الشكل حلاً واعدا لهذه التحديات.

ما هي سبائك ذاكرة الشكل؟

سبائك ذاكرة الشكل هي معادن خاصة يمكنها العودة إلى شكلها الأصلي بعد الانحناء أو التمدد أو التسخين أو التبريد، بينما استخدمت ناسا هذه التكنولوجيا في تطبيقات مختلفة لعقود، فإن دمجها في إطارات المركبات الروبوتية يعد تطورا جديدا ومثيرا.

قال الدكتور سانتو بادولا الثاني، مهندس أبحاث المواد في مركز جلين التابع لناسا: "نحن في جلين نعد من رواد العالم في فهم كيفية تغيير تركيبات السبائك، وكيفية تغيير معالجة المواد، وكيفية نمذجة هذه الأنظمة بطريقة تمكننا من التحكم في سلوكياتها واستقرارها بحيث يمكن استخدامها في تطبيقات حقيقية".

قام بادولا وفريقه باختبار عدة تطبيقات لسبائك ذاكرة الشكل، لكن فكرة استخدامها في الإطارات جاءت من لقاء عابر.

لقاء عابر يطلق شرارة الابتكار

بينما كان بادولا يغادر اجتماعا، صادف كولين كريجر، مهندس ميكانيكي في مركز جلين التابع لناسا، والذي لم يره منذ سنوات. استغل كريجر الفرصة لإخباره عن العمل الذي كان يقوم به في مختبر عمليات القمر المحاكاة (SLOPE) التابع لمركز جلين، والذي يمكنه محاكاة أسطح القمر والمريخ لمساعدة العلماء على اختبار أداء المركبات الروبوتية، وأخذ كريجر بادولا إلى المختبر، حيث لاحظ بادولا على الفور الإطارات الربيعية. في ذلك الوقت، كانت الإطارات مصنوعة من الفولاذ.

علق بادولا: "حالما رأيت الإطار، قلت: ألا تواجهون مشاكل مع التلدين؟" يشير التلدين إلى تشوه المعدن بشكل لا رجعة فيه، مما قد يؤدي إلى تلف أو فشل المكون.

أجاب كريجر: "هذه هي المشكلة الوحيدة التي لا يمكننا حلها". واستمر بادولا: "قلت له: لدي الحل. أنا أطور سبيكة جديدة ستقوم بحل هذه المشكلة. وهكذا بدأ تطوير إطارات سبائك ذاكرة الشكل".

سبائك النيكل-تيتانيوم: تغيير قواعد اللعبة

منذ ذلك الحين، انضم بادولا وكريجر وفريقهما معا لتحسين الإطارات الربيعية الحالية لناسا باستخدام مادة ثورية: سبائك النيكل-تيتانيوم، يمكن لهذا المعدن تحمل التشوهات رغم الضغوط الشديدة، مما يسمح للإطارات بالعودة إلى شكلها الأصلي حتى بعد التعرض لصدمات قوية، وهو ما لا يمكن تحقيقه بالإطارات الربيعية المصنوعة من المعادن التقليدية.

منذ ذلك الوقت، تم إجراء العديد من الأبحاث، وفي خريف عام 2024، سافر فريق من مركز جلين التابع لناسا إلى شركة Airbus Defence and Space في ستيفينيج، المملكة المتحدة، لاختبار الإطارات الربيعية المبتكرة المصنوعة من سبائك ذاكرة الشكل. تم إجراء الاختبارات في "فناء المريخ" التابع لشركة Airbus، وهو منشأة مغلقة تم إنشاؤها لمحاكاة الظروف القاسية لتضاريس المريخ.

قال كريجر: "ذهبنا إلى هناك مع الفريق، وأحضرنا نظام تتبع الحركة وقمنا بإجراء اختبارات مختلفة صعودا ونزولا، أجرينا العديد من الاختبارات على المنحدرات فوق الصخور والرمال، حيث كان التركيز على فهم الاستقرار لأن هذا شيء لم نختبره من قبل".

نتائج الاختبارات ورؤى حول الأداء

خلال الاختبارات، راقب الباحثون المركبات الروبوتية بينما كانت العجلات تعبر فوق الصخور، مع التركيز على مقدار تحرك تيجان الإطارات، وأي تلف، والانزلاق أثناء النزول. توقع الفريق حدوث انزلاق وتحريك، لكنه كان محدودا للغاية، ووافقت الاختبارات على جميع التوقعات. كما جمع الباحثون رؤى حول استقرار الإطارات وقدرتها على المناورة وتخطي الصخور.

مع استمرار ناسا في تطوير أنظمة لاستكشاف الفضاء العميق، كلف برنامج النشاط خارج المركبة والتنقل البشري على السطح بادولا بالبحث عن طرق إضافية لتحسين خصائص سبائك ذاكرة الشكل لإطارات المركبات الروبوتية المستقبلية واستخدامات محتملة أخرى، بما في ذلك البيئات القمرية.

قال بادولا: "هدفي هو توسيع نطاق قدرة سبائك ذاكرة الشكل على العمل في درجات حرارة مختلفة لتطبيقات مثل الإطارات، والنظر في تطبيق هذه المواد لحماية الموائل، نحتاج إلى مواد جديدة للبيئات القاسية التي يمكنها امتصاص الطاقة الناتجة عن اصطدام النيازك الدقيقة التي تحدث على القمر، لتمكين إنشاء هياكل موائل لأعداد كبيرة من رواد الفضاء والعلماء للعمل على القمر والمريخ".