Für Mond-Einsatz: Feuerfestes und faltbares Rad entwickelt
Ein Forschungsteam des Korea Advanced Institute of Science and Technology und der Hanyang University hat ein neuartiges Metall-Rad vorgestellt(öffnet im neuen Fenster) , das speziell für die robotische Erkundung von Mondkratern und Lavaröhren konzipiert wurde. Das Rad nutzt eine weiche, entfaltbare Struktur, die sich von einer kompakten Lagergröße auf einen größeren Durchmesser ausdehnen kann. Dadurch ließen sich mehrere kleine Rover in einer einzigen Mission transportieren.
Mondhöhlen und Lavaröhren könnten natürlichen Schutz vor kosmischer Strahlung, Meteoriteneinschlägen und den extremen Temperaturschwankungen der Mondoberfläche bieten. Daten des NASA-Instruments Diviner Lunar Radiometer deuten darauf hin, dass einige Kraterinnenbereiche nachts etwas wärmer bleiben als die umgebende Oberfläche, was sie zu möglichen Standorten für eine menschliche Besiedlung macht.
Der Zugang zu diesen unterirdischen Umgebungen ist jedoch eine Herausforderung. Kratereingänge weisen typischerweise steile Hänge und senkrechte Klippen auf, die 100 Meter und mehr betragen können. Konventionelle Rad-Rover könnten mit solchem Gelände Schwierigkeiten haben und verloren gehen.
So funktioniert das Rad
Das vorgeschlagene Rad verwendet elastische Stahlstreifen, die in einem geflochtenen Spiralmuster angeordnet sind. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Rad, sich zwischen einem kompakten Zustand von 230 Millimetern Durchmesser und einer erweiterten Betriebsgröße von 500 Millimetern zu verwandeln. Die Transformation erfolgt durch einen Aufrollmechanismus, der keine zusätzlichen Motoren erfordert. Das Rad kehrt aufgrund der in den Streifen gespeicherten Biegekraft von selbst in seinen entfalteten Zustand zurück.
Die wechselseitige Anordnung der gekreuzten Streifen bietet laut dem Forschungsteam einen wichtigen strukturellen Vorteil: Während sich das Rad zur Lagerung leicht aufrollt, widersteht es Verformungen unter vertikaler Belastung. Dieses anisotrope Verhalten(öffnet im neuen Fenster) bedeutet, dass die Struktur Aufprallkräfte durch Stürze oder raues Gelände absorbieren kann, ohne zusammenzubrechen.
Die Forscher führten Tests durch, die Bedingungen simulierten, denen Rover bei der Erkundung von Mondhöhlen begegnen könnten. Die Prototypräder bewältigten erfolgreich 200 Millimeter hohe Hindernisse, bewegten sich stabil über felsige Oberflächen und simulierten Mondstaub und überstanden Fallversuche, die einem 100-Meter-Sturz unter Mondschwerkraft entsprechen.
Mögliche Missionsanwendungen
Die Studie skizziert ein Missionskonzept, bei dem ein größerer Träger-Rover mehrere kleinere Erkundungsfahrzeuge mit diesen entfaltbaren Rädern absetzen würde. Dieser Ansatz könnte das Risiko eines totalen Missionsversagens verringern, das mit der Abhängigkeit von einem einzigen Rover einhergeht: Fällt ein Erkundungsfahrzeug in einer gefährlichen Umgebung aus, könnten andere die Untersuchung fortsetzen.
Die Feldtests wurden mit einem zweirädrigen Prototyp-Rover durchgeführt. Dabei konnte das Gefährt Hindernisse mit 34 Grad Neigung überwinden und auch nach Stürzen aus vier Metern Höhe weiterfahren. Die Geländetests in Höhlen fanden in der Provinz Jeju in Südkorea statt.
Die Radstruktur lässt sich je nach Missionsanforderungen aus verschiedenen Materialien fertigen. Während die Prototypen wärmebehandelten Kohlenstoffstahl verwendeten, könnten Materialien wie PEEK(öffnet im neuen Fenster) das Gewicht um etwa 28 Prozent reduzieren und gleichzeitig die maximal zulässige Krümmung erhöhen. Thermische Analysen deuten darauf hin, dass das Raddesign über die Temperaturextreme hinweg funktionsfähig bleiben würde, die während der Mond-Tag-Nacht-Zyklen auftreten.
Die Forschung erschien in der Fachzeitschrift Science Robotics und entstand in Zusammenarbeit zwischen KAIST, der Hanyang University, dem Korea Aerospace Research Institute und dem Korea Astronomy and Space Science Institute.