La roue de VIPER manœuvre sur un rocher pendant le test d’endurance des roues du rover. Pour rendre le test aussi réaliste que possible, l’équipe a utilisé des roches de terres rares qui ressemblent le plus à celles de la Lune. Leur taille, leur forme et leur emplacement dans le banc d’essai ont été soigneusement sélectionnés à l’aide de données réelles sur la distribution des roches lunaires, de sorte que la roue soit confrontée à des roches de la même manière qu’elle le sera pendant la mission de VIPER. Crédit : ProtoInnovations, LLC
La dernière chose dont vous avez besoin lors d’un voyage sur la Lune est un pneu crevé. Par chance, NASALe robot chasseur d’eau de la NASA – qui se rendra sur la surface lunaire en 2023 – n’a pas de pneus ! Mais les roues entièrement métalliques du Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, ou VIPER, devront résister à un grand nombre de secousses et de roulements lorsqu’elles se déplaceront sur la surface lunaire accidentée. Avant que la conception du rover ne soit finalisée lors de son Revue critique de conceptionl’endurance de ses roues a dû subir des tests rigoureux en laboratoire. Ces tests ont permis de solidifier les plans des roues et ont donné aux ingénieurs l’occasion d’étudier leurs mouvements, dans le but de concevoir des commandes de mobilité encore meilleures pour les futurs rovers.
En utilisant un montage imitant la Lune dans le laboratoire, l’équipe VIPER a testé une des roues du rover sur une période de trois semaines. Elle a parcouru plus de 40 km dans un bac à sable high-tech rempli d’un simulant de sol lunaire et a subi une batterie de tests. Ils ont simulé des pentes, des glissements de roues, et même la taille, la forme et la répartition des roches que le rover rencontrera sur la Lune.
Une roue du VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) de la NASA est soumise à un test d’endurance dans un banc d’essai contenant un simulant de sol lunaire et certaines des roches les plus semblables à celles de la Lune sur Terre, à ProtoInnovations à Pittsburgh. Crédit : ProtoInnovations, LLC
Bien que la NASA possède une expérience considérable en matière de conception Mars Les ingénieurs ont dû inventer une nouvelle technologie pour contrôler les roues du VIPER dans l’environnement inexploré du pôle sud de la Lune.
“Le régolithe lunaire est pelucheux en raison de la faible gravité et de l’absence de la plupart des processus d’altération, et les particules sont tranchantes comme du verre cassé”, explique Arno Rogg, ingénieur du système de mobilité du rover au centre de recherche Ames de la NASA, dans la Silicon Valley californienne. “Des roches de différentes tailles sont éparpillées partout sur la surface de la Lune. Tout cela a présenté de véritables défis d’ingénierie pour la conception d’une roue légère, performante et robuste pour le rover d’une demi-tonne.”
Pour tester si leur roue était prête pour la Lune, l’équipe a travaillé avec ProtoInnovations de Pittsburgh. Cette société de robotique, qui a également conçu le logiciel de commande des roues du VIPER, travaille à l’amélioration de la capacité de conduite du rover sur un terrain lunaire inconnu et très variable. Leur travail est soutenu par le programme Small Business Innovation Research and Small Business Technology Transfer de la NASA.
Georgia Crowther, ingénieur en matériel robotique chez ProtoInnovations, prépare le terrain sur lequel la roue du VIPER va rouler pour une série de tests destinés à évaluer sa robustesse et à étudier la mobilité du rover. Le régolithe lunaire simulé, ou sol, est tassé afin de fournir une surface uniforme et une “ardoise propre” dans laquelle étudier les traces de la roue, ses performances de traction et sa façon de manœuvrer sur les rochers. Crowther porte un masque respiratoire parce que les particules du régolithe lunaire – et de la version simulée – sont abrasives. Crédit : ProtoInnovations, LLC
Au laboratoire de ProtoInnovations, les ingénieurs ont fixé l’une des roues de VIPER à un étroit bac à sable lunaire de 20 pieds de long équipé d’appareils de mesure, de caméras et de commandes robotisées pour simuler le glissement et la glissade. La roue a roulé lentement d’avant en arrière dans des conditions qui simulent le plus fidèlement possible ce qu’elle rencontrera sur la Lune.
Des pentes bien définies ont été créées dans le simulant de sol lunaire, et les traces de la roue ont été étudiées après tout glissement significatif. Des capteurs ont permis à l’équipe de mesurer l’enfoncement de la roue dans le sol, ses performances de traction et ses manœuvres sur les rochers.
“Simuler sur Terre la façon dont le rover se déplacera sur la Lune a nécessité des contrôles robotiques compliqués – mais c’est ce que nous faisons “, a déclaré Dimi Apostolopoulos, PDG de ProtoInnovations. “Notre plus grand défi a été de choisir les bonnes roches pour remplacer les roches lunaires dans le banc d’essai.”
Boucles d’or des roches lunaires
Les échantillons réels de roches lunaires sont, bien entendu, trop précieux pour être utilisés dans le cadre d’un essai de rover.juste ce qu’il faut. Trop durs ou trop mous, ils donneraient une fausse impression du défi que le rover devra relever.
L’équipe a obtenu quelques uns des rares roches terrestres qui ressemblent le plus à celles de la Lune.L’équipe s’est procuré certaines des rares roches terrestresqui ressemblent le plus aux roches lunaires. Ils ont également appris comment les espacer pour que la roue soit confrontée aux roches comme elle le sera pendant la mission de VIPER.
Au total, la roue a été soumise à 196 scénarios de différentes formes, hauteurs et positions de roches que le rover est susceptible de trouver sur la Lune.
“Dans l’ensemble, les performances de la roue ont été excellentes”, a déclaré Rogg. “À la fin du test, son état physique et son comportement – en particulier sa traction – n’étaient que légèrement dégradés par rapport au début du test. En faisant rouler la roue sur plus de deux fois la distance qu’elle devrait parcourir sur la surface lunaire, nous avons réduit le risque qu’une défaillance prématurée de la roue se produise sur la Lune.”
Des faiblesses mineures détectées dans les roues pendant les essais ont été corrigées par l’équipe de conception mécanique de VIPER et des améliorations ont été apportées à la conception finale du rover. VIPER sera livré à la surface de la Lune fin 2023 dans le cadre de l’initiative Commercial Lunar Payload Services.
