2021年5月15日，中國(guó)首輛火星車(chē)“祝融號(hào)”在環(huán)火軌道遨游數(shù)月后，終于從“天問(wèn)一號(hào)”飛船中分離并下降，成功踏上了這顆火紅色星球的土地上！

看似并不復(fù)雜的動(dòng)作，實(shí)則危機(jī)四伏。

“祝融號(hào)”著陸在極短的時(shí)間內(nèi)穿越火星大氣層，經(jīng)歷了“黑色9分鐘”。這9分鐘里，“祝融號(hào)”高速進(jìn)入大氣層，并與大氣層產(chǎn)生摩擦，表面溫度急劇升高；在高熱狀態(tài)下，“祝融號(hào)”與大氣層發(fā)生了復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。

在接近火星地面時(shí)，“祝融號(hào)”從4.8km/s的降落速度，在5分鐘內(nèi)減為460m/s，并在降落傘打開(kāi)后減為不到100m/s，接著在大推力發(fā)動(dòng)機(jī)的作用下在100m左右的高度時(shí)降為零，再靠四條著陸腿緩沖掉最后沖擊力，最終讓搭載6臺(tái)科學(xué)儀器的火星車(chē)平穩(wěn)落地。

由于從火星到地球的信號(hào)傳輸一個(gè)來(lái)回需要約20分鐘，無(wú)法進(jìn)行人工指令的干預(yù)，而著陸的機(jī)會(huì)短暫且唯一，著陸過(guò)程中也沒(méi)法暫停任務(wù)。面對(duì)一系列復(fù)雜情況，“祝融號(hào)”依靠高度的智能化預(yù)判突發(fā)性事件，順利完成了登陸任務(wù)。

著陸后的“祝融號(hào)”火星車(chē)將開(kāi)展為期90個(gè)火星日（地球大約三個(gè)月）的科學(xué)探測(cè)任務(wù)，任務(wù)包括繪制火星形態(tài)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖、調(diào)查火星表面的土壤特征和水冰分布、分析火星表面的物質(zhì)組成、測(cè)量電離層和火星地表氣候及環(huán)境特征、探索火星的物理場(chǎng)（電磁場(chǎng)、引力場(chǎng)）和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。

“祝融號(hào)”火星車(chē)重約240公斤，是“玉兔二號(hào)”的2倍，長(zhǎng)3.3米、寬3.2米、高1.85米。

火星上空氣稀薄又寒冷、晝夜溫差大，平均溫度只有零下63攝氏度，如同地球上荒蕪的戈壁灘環(huán)境，表面坑坑洼洼，還經(jīng)常會(huì)發(fā)生沙塵暴等極端天氣，條件十分惡劣。擺在“祝融號(hào)”火星車(chē)面前挑戰(zhàn)，十分艱巨。

任務(wù)能否成功，取決于“祝融號(hào)”火星車(chē)的結(jié)構(gòu)和采用的材料，那么哪些材料在為“祝融號(hào)”保駕護(hù)航呢？

“祝融號(hào)”的優(yōu)勢(shì)還是在材料和通信上。比如“祝融號(hào)”的熱控材料是新型保溫材料——納米氣凝膠，很輕，隔熱性能好。它的太陽(yáng)能面板也不會(huì)被灰塵給封印，因?yàn)槊姘蹇梢哉{(diào)節(jié)角度，甚至可以豎起來(lái)，而且面板上也有一層特殊涂層，不容易粘灰。

“祝融號(hào)”還采用了鋁蜂窩夾層材料、鋁基碳化硅、復(fù)合纖維材料等多種新材料，能提升火星車(chē)的高耐磨性和穩(wěn)定性，基礎(chǔ)零部件都實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，元器件國(guó)產(chǎn)化率也超過(guò)90%。它收集到的數(shù)據(jù)需要傳輸給還在天上轉(zhuǎn)圈的“天問(wèn)一號(hào)”，然后由“天問(wèn)一號(hào)”轉(zhuǎn)發(fā)給地球。

“祝融號(hào)”用了哪些材料？

在“黑色9分鐘”內(nèi)，流星一般高速下降的著陸器，與火星大氣層高速摩擦，著陸器表面溫度急劇升高，如果不進(jìn)行有效防護(hù)，那么著陸器在大氣層就面臨被燒毀的危險(xiǎn)。

那么在防熱方面，“祝融號(hào)”用到了哪些材料？

★ 連續(xù)纖維增強(qiáng)中密度防熱材料：應(yīng)用在需要維持探測(cè)器整體形狀的上下邊緣和結(jié)構(gòu)支撐部位。

作用：該材料相比較低密度材料其強(qiáng)度更高，密度約為0.9g/cm3，兼顧了耐燒蝕和承載能力。

研究團(tuán)隊(duì)：中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院所屬航天材料及工藝研究所。

★ 連續(xù)纖維增強(qiáng)中密度防熱材料：應(yīng)用在需要維持探測(cè)器整體形狀的上下邊緣和結(jié)構(gòu)支撐部位。

作用：該材料相比較低密度材料其強(qiáng)度更高，密度約為0.9g/cm3，兼顧了耐燒蝕和承載能力。

研究團(tuán)隊(duì)：中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院所屬航天材料及工藝研究所。

★ 超輕質(zhì)的燒蝕防熱涂層材料：應(yīng)用在氣動(dòng)加熱較為緩和的背罩部位。

作用：該涂層材料密度僅為0.28g/cm3左右，熱導(dǎo)率低至約0.06W/m﹒K，其基本熱物理性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，不僅隔熱性能優(yōu)良，對(duì)著陸器的減重也起到了重要作用。

研究團(tuán)隊(duì)：中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院所屬航天材料及工藝研究所。

“祝融號(hào)”承載了多重任務(wù)，攜帶的設(shè)備較多，還需要經(jīng)受著陸時(shí)“黑色9分鐘”考驗(yàn)。因此對(duì)輕量化要求十分高。

此外，火星環(huán)境復(fù)雜、表面凹坑密布，為著陸增加了更多的困難。為了保障“祝融號(hào)”在火星表面成功實(shí)現(xiàn)軟著陸，采用了輕量化及特種吸能材料。

★ 特種高吸能合金：應(yīng)用于著陸機(jī)構(gòu)。

作用：該合金具有突出的強(qiáng)韌性、輕質(zhì)性和吸能性，吸收探測(cè)器著陸時(shí)的沖擊能。

研究團(tuán)隊(duì)：中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固物理研究體所。

★ 鋁硅封裝外殼：應(yīng)用于探測(cè)器著陸系統(tǒng)的TR組件等核心關(guān)鍵元器件封裝解決方案。

作用：保障探測(cè)器著陸系統(tǒng)電路的安全，為器件內(nèi)部電路穿上了安全可靠的“保護(hù)衣”，保障探測(cè)器在火星安全平穩(wěn)著陸。

研究團(tuán)隊(duì)：合肥圣達(dá)電子科技實(shí)業(yè)有限公司。

★ 高性能碳化硅基增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料：用于探測(cè)器高精密儀器。

作用：新型的碳化硅基增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料構(gòu)件重量輕、強(qiáng)度高、剛性好、寬溫度范圍下尺寸穩(wěn)定，滿(mǎn)足了“祝融號(hào)”長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)對(duì)某關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的材料需求。

研究團(tuán)隊(duì)：上海交通大學(xué)金屬基復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)。

★ 新型鎂鋰合金：用于探測(cè)器結(jié)構(gòu)。

作用：作為目前世界上最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，可實(shí)現(xiàn)探測(cè)器輕量化。

研究團(tuán)隊(duì)：西安交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)。

★ 高精尖鋁材（蒙皮板、自由鍛件、超大規(guī)格板、鍛環(huán)、鋁鋰合金）：應(yīng)用于探測(cè)器。

作用：保障“祝融號(hào)”火星探測(cè)器長(zhǎng)期的太空行駛及完成極其復(fù)雜的著陸過(guò)程。

研究團(tuán)隊(duì)：西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司。

★ 新型鋁基碳化硅復(fù)合材料：用于火星車(chē)結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、儀器等幾十種零部件。

作用：火星車(chē)要在工況復(fù)雜的火星表面長(zhǎng)距離行走，這對(duì)火星車(chē)材料的輕量化、高強(qiáng)韌性、高尺寸穩(wěn)定性、耐沖擊性提出了極高的要求，傳統(tǒng)鋁、鈦合金難以兼顧綜合要求，新型鋁基碳化硅復(fù)合材料則可勝任。

研究團(tuán)隊(duì)：中國(guó)科學(xué)院金屬研究所團(tuán)隊(duì)。

由于火星探測(cè)器距離太陽(yáng)較遠(yuǎn)，它所受到的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大大減弱，溫度較低?；鹦巧蠝囟群艿停嗟郎系钠骄鶞囟戎挥?23°C，針對(duì)復(fù)雜的溫度工作環(huán)境，“祝融號(hào)”有什么樣的防護(hù)手段？

★ 有機(jī)熱控涂層：用于航天器外表面。

作用：“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器在進(jìn)入軌道后，處于地球大氣層以外的超高真空空間環(huán)境，朝向太陽(yáng)的表面溫度非常高，而背向太陽(yáng)的表面的溫度則非常低，導(dǎo)致航天器“冰火兩重天”。該材料得以保證“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器能夠在極端復(fù)雜的溫度環(huán)境下保持正常工作。

研究團(tuán)隊(duì)：中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所有機(jī)熱控涂層研制組。

★ 納米氣凝膠：用于火星車(chē)

作用：很輕，隔熱性能好，在探測(cè)器“落”與“巡”兩項(xiàng)任務(wù)中發(fā)揮作用。

研究團(tuán)隊(duì)：中國(guó)航天科工三院306所。

★ 隔熱降噪材料三胺泡沫：用于火星車(chē)

作用：火星極端低溫環(huán)境下，還時(shí)常伴有風(fēng)暴。該產(chǎn)品隔熱降噪效果好，衡量防火性能的氧指數(shù)高達(dá)34，一平方米的重量不足70克，各項(xiàng)性能可靠，保障火星車(chē)適應(yīng)惡劣環(huán)境。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)：綠宇新材料科技股份有限公司。

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