从地球到月球 全面分析固特异月球车轮胎

有时候，一项重大的举国计划给科技带来的推动常常是我们难以想象的。就像上世纪60年代美国的阿波罗登月计划，其不仅促成了航空航天技术的空前发展，也向众多传统制造业发出了严峻的挑战。作为美国轮胎行业的领军企业，固特异自然责无旁贷地承担了月球车轮胎的研发。

谈到固特异，就不能不说这个品牌悠久的历史。固特异企业的历史甚至是与橡胶、轮胎的历史贯穿在一起的。现代工业广泛使用的橡胶其实是在哥伦布发现新大陆时才首次发现的新材料，而且那时的天然橡胶质地过于柔软，还很难应用于工业品的生产。1834年，查尔斯·固特异受焦炭炼钢的启发，开始进行软橡胶硬化的试验。经过无数次失败后，在一个偶然的机会，发现了硫化橡胶受热时不发黏而且弹性好，于是硬化橡胶诞生了。直到那时，车辆的车轮才开始从：木材制成的硬质车轮向橡胶车轮发展。

此后，汽车所用的轮胎又经过了实心轮胎到充气轮胎，再到无内胎充气轮胎的变化。在无内胎轮胎的大结构上，轮胎的生产和设计又经过了众多改良，目前使用的耐用、设计紧凑的现代轮胎才基本定型。不过，当上世纪60年代固特异接到月球车轮胎的设计任务时，这完全是一个不同的领域，现代轮胎的众多经验积累几乎都派不上用处，因为使用条件太不一样了。

对于月球车使用轮胎的设计，固特异提出了所有可供尝试的方案，包括充气轮胎、实心轮胎和一种完全颠覆轮胎概念的钢丝轮胎。月球探测车辆的尺寸重量对于轮胎提出的性能要求其实不难满足，因为固特异在特种工程车使用的轮胎领域也颇有建树。轮胎的尺寸和强度要求并不构成无法逾越的鸿沟，但是月球的表面环境确实是让人比较头疼的了。首先在缺少大气层的环境下能否使用充气轮胎是个很难判断的问题。而且在极其恶劣的环境下，充气轮胎的爆胎缺气可能就会成为无法修复的灾难性事故。进一步研究发现，甚至实心轮胎的耐用性也很难保证，因为现有的橡胶技术还无法制造出跨越如此大温差，还能够保持足够的弹性和强度的橡胶配方。而金属材质在温度剧烈变化的过程中，性能还算相对稳定。于是，从未应用于实用的钢丝轮胎也就成了唯一的选择。

由美国国家航天局(NASA)格伦研究中心和固特异轮胎和橡胶公司共同组建的团队最终制造了一款由钢丝交织而成的斜交轮胎。通过一种特殊的编织工艺，每条月球轮胎都是由工作人员手工制造而成。这样一款独特的轮胎不再受缺气和损坏的困扰，而且可以应对月球表面多沙、多岩石的恶劣路况。尤其重要的是，这样的轮胎可以在月表温度波动极大的条件下正常工作。1970年，阿波罗14号宇航员登陆月球所使用的月球探测车轮胎就是这种结构的。

需要说明的是，对于月球车所使用轮胎的研发直至今日仍在进行。由于美国国家航天局(NASA)所设计的月球车的尺寸和质量不断增加，也就对所使用轮胎的性能有了更多的要求。并且在性能上满足要求的同时，对于这种轮胎的耐久性也提出了更高的要求。目前来看，新的月球探测车质量将会达到阿波罗登月所使用月球车的10倍，这就要求工程人员必须继续改善钢丝的设计和编织结构以增加承载量。与此同时，轮胎的使用里程也将被提升到2000km～10000km。目前的月球车轮胎已经由最初的由钢丝编织演变为用一种特殊弹簧来编织。经过改善的轮胎在美国俄亥俄州的格伦月球模拟实验室里进行测试，那里可以模拟月球的地势变化。通过不同结构轮胎的测试结果分析，工作人员进一步完善这种月球轮胎的性能。最终这款新型月球轮胎足以满足月球多沙多岩石路况的行驶要求、新型月球探测车的承载需求，并且使用寿命也可以满足甚至超越美国国家航天局(NASA)提出的要求。研究人员在测试过程中还发现，新型月球车轮胎拥有非常好的经济性，它几乎可以将所有冲击造成轮胎变形的能量再次传递回来，也就是说这种弹簧胎体在行驶过程中几乎不会消耗能量，也不会有发热现象。而更好的经济性也决定了这种月球车轮胎应用于地球也是具备其独特优势的，特别是在面对某些特别苛刻、恶劣的环境时。