月球探測(cè)新技術(shù)：可變直徑輪的研發(fā)與挑戰(zhàn)。

在月球表面布滿隕石坑，其下隱藏著錯(cuò)綜復(fù)雜的熔巖管和深坑，這些天然洞穴可以為未來(lái)的月球基地提供庇護(hù)，使其免受宇宙輻射和劇烈溫度波動(dòng)的影響。

這些地下結(jié)構(gòu)是太陽(yáng)系中最具科學(xué)價(jià)值的區(qū)域之一，但前往這些區(qū)域本身就是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)！

這些洞穴的入口處地形陡峭崎嶇，遍布巖石和松散的月壤。小型探測(cè)車是月球探測(cè)的首選，因?yàn)榭梢圆渴鸲噍v探測(cè)車來(lái)降低任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，但它們也面臨著一個(gè)固有的局限性：

它們的小輪子根本無(wú)法越過(guò)比自身直徑大得多的障礙物。如果派出一群小型探測(cè)車，即使部分探測(cè)車發(fā)生故障，其他探測(cè)車也能繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。但如果只派出一輛大型探測(cè)車，一旦發(fā)生故障，整個(gè)任務(wù)就結(jié)束了。

可變直徑輪是月球探測(cè)領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，它或許能夠解決這個(gè)問(wèn)題：在需要克服障礙時(shí)，輪子可以擴(kuò)張；而在需要高效運(yùn)輸時(shí)，輪子則可以收縮。然而，為月球制造這樣的輪子幾乎是不可能的。月球環(huán)境對(duì)機(jī)械系統(tǒng)極其惡劣。細(xì)小的磨蝕性塵埃會(huì)滲透到所有物體中，在真空的環(huán)境中，裸露的金屬表面會(huì)通過(guò)一種稱為冷焊的過(guò)程粘連在一起。傳統(tǒng)的鉸鏈和連接件在這種條件下根本無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間使用。

由韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院李大永教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)回顧過(guò)去，找到了一種巧妙的解決方案。他們將達(dá)芬奇自支撐橋梁的設(shè)計(jì)原理與折紙藝術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出一種無(wú)需任何傳統(tǒng)機(jī)械連接即可變形的輪子。

設(shè)計(jì)原則

所提出的輪轂設(shè)計(jì)利用材料的連續(xù)變形來(lái)實(shí)現(xiàn)形狀轉(zhuǎn)變。這種方法不僅避免了傳統(tǒng)連接部件的機(jī)械脆弱性，而且能夠均勻分布應(yīng)變，這與將應(yīng)變集中在局部區(qū)域的柔性折紙結(jié)構(gòu)截然不同。

這種均勻的應(yīng)變分布使得輪轂?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)大幅度的圓形到圓形的體積變化，同時(shí)降低了在高機(jī)械載荷或沖擊下發(fā)生失效的風(fēng)險(xiǎn)。

圓形到圓形的體積變換是通過(guò)輪轂左右兩側(cè)反向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的卷繞機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。

輪轂呈圓柱形結(jié)構(gòu)，中間部分分離，一側(cè)可自由旋轉(zhuǎn)，另一側(cè)固定在驅(qū)動(dòng)軸上，從而允許兩側(cè)反向旋轉(zhuǎn)。通過(guò)交織齒塊上的狹縫調(diào)整條帶的輪輞和輻條比例，既可與其他條帶交織，又可進(jìn)行滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這種設(shè)計(jì)確保了靈活性和適應(yīng)性，這對(duì)于在極端月球條件下保持穩(wěn)健的性能至關(guān)重要。

目該輪采用了一種可重構(gòu)的互易結(jié)構(gòu)，由以螺旋編織方式排列的彈性鋼條組成，能夠在保持承載能力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)形狀變換。這種互易結(jié)構(gòu)還允許安全地垂直下降，并減輕在洞穴中意外跌落造成的損壞。

通過(guò)將應(yīng)力分散到整個(gè)輪體上，最大限度地減少了對(duì)精密機(jī)械部件的依賴—這在極端的月球環(huán)境下至關(guān)重要。該輪的收納直徑為230毫米，展開直徑為500毫米。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該輪子能夠成功越過(guò)200毫米高的障礙物，在巖石和模擬月壤表面上保持穩(wěn)定的移動(dòng)性，并且能夠承受模擬月球重力下100米跌落沖擊。

這些發(fā)現(xiàn)凸顯了該輪子在未來(lái)的礦坑和洞穴勘探中的適用性，即使在嚴(yán)酷的月球環(huán)境中也能發(fā)揮作用。金屬框架既足夠靈活，能夠可靠地變形，又足夠堅(jiān)固，能夠支撐探測(cè)車在松散的月壤上行駛。

韓國(guó)天文與空間科學(xué)研究院的沈彩京博士強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)技術(shù)的重要科學(xué)意義，稱月球坑是“天然地質(zhì)遺產(chǎn)”，而這項(xiàng)技術(shù)使它們得以被探索。韓國(guó)航空航天研究院的張鐘泰博士指出，該輪子經(jīng)過(guò)熱模型優(yōu)化，能夠承受月球晝夜溫差高達(dá)300攝氏度的劇烈變化。

所以你認(rèn)為這樣的可伸縮輪子能否更好的探索月球洞穴？