新華網(wǎng)北京4月9日電（記者袁晗 劉廈）2020年7月23日，“天問一號(hào)”探測(cè)器正式開啟火星探測(cè)征程，目前已累計(jì)飛行258天，完成火星環(huán)繞工作，計(jì)劃于今年5月至6月?lián)駲C(jī)實(shí)施火星著陸，開展巡視探測(cè)。由于火星表面溫度最低可達(dá)零下123℃，“天問一號(hào)”探測(cè)器如何適應(yīng)極寒氣候？此外，火星著陸階段由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的高達(dá)上千度的高溫，如何保證周邊電子元器件正常工作？
“天問一號(hào)”火星探測(cè)器中，使用了我國獨(dú)立自主研發(fā)的多項(xiàng)“黑科技”，其中，火星車使用的熱控材料是新型隔熱保溫材料——納米氣凝膠，它將分別用來應(yīng)對(duì)“極熱”和“極寒”兩種嚴(yán)酷環(huán)境，并且超輕特性極大地減小了火星車的負(fù)擔(dān)，讓它跑得更快，跑得更遠(yuǎn)。納米氣凝膠在“天問一號(hào)”上如何運(yùn)用？怎么應(yīng)用服務(wù)老百姓的衣食住行?新華網(wǎng)記者第一時(shí)間獨(dú)家采訪了中國航天科工集團(tuán)三院306所所長柳曉輝。
技術(shù)人員展示氣凝膠材料的超輕特性
納米氣凝膠在“天問一號(hào)”上是如何運(yùn)用？在探測(cè)器“落”和“巡”過程發(fā)揮了哪些作用？
柳曉輝：選擇這種材料一是因?yàn)樗诿芏取⒛蜏匦阅芎透魺嵝阅艿确矫嬗邢忍斓膬?yōu)勢(shì)，二是它能夠通過微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)性能的差異化，把某一方面的性能優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步發(fā)揮到極致。
“天問一號(hào)”一共運(yùn)用了兩種氣凝膠材料，分別用來應(yīng)對(duì)“極熱”和“極寒”。“極熱”考驗(yàn)出現(xiàn)在火星著陸階段，著陸發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量使周圍的溫度超過1000℃，氣凝膠材質(zhì)的隔熱組件能夠阻隔高溫，僅僅10mm左右厚度的材料就能夠在整個(gè)著陸過程讓它身后的溫度處于可接受的范圍，就像消防員身上穿的防火服。“極寒”考驗(yàn)出現(xiàn)在火星巡視階段，我們?cè)诨鹦擒嚨谋砻驿佋O(shè)了大面積的氣凝膠板，能夠確保火星車在-130℃的環(huán)境正常工作，就像登山運(yùn)動(dòng)員身上穿的防寒服。這種材料本身密度極低，這是為了給火星車減負(fù)，讓它“跑”得更快，“跑”得更遠(yuǎn)。
技術(shù)人員向記者們展示耐1500℃的氣凝膠材料
“天問一號(hào)”即將在5月落火，你的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在還在做什么相關(guān)的試驗(yàn)嗎？后續(xù)落火有什么安排？
柳曉輝：我們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為應(yīng)用在天問一號(hào)上的這種氣凝膠工作了七、八年時(shí)間。在應(yīng)用產(chǎn)品前，所有的實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證工作已經(jīng)基本做完。當(dāng)然，火星的表面相對(duì)于我們來說還是一個(gè)未知的環(huán)境，我們會(huì)繼續(xù)跟蹤在實(shí)際條件下還有哪些性能上的需求，聽從總體安排。我們也和每一個(gè)關(guān)心中國航天的普通人一樣，正密切關(guān)注“天問一號(hào)”的任務(wù)進(jìn)展，成功落火后，根據(jù)總體單位反饋的回傳數(shù)據(jù)，將進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和分析工作，用于指導(dǎo)后續(xù)材料的性能優(yōu)化。
技術(shù)人員展示氣凝膠材料的良好疏水性能
納米氣凝膠怎么應(yīng)用服務(wù)老百姓的衣食住行？
柳曉輝：氣凝膠產(chǎn)品可以說已經(jīng)經(jīng)歷了大量“火”與“冰”的考驗(yàn)。以本次火星探測(cè)任務(wù)為例，氣凝膠材料首先應(yīng)用于在長征5號(hào)運(yùn)載火箭上發(fā)動(dòng)機(jī)高溫隔熱燃?xì)庀到y(tǒng)，護(hù)送“天問一號(hào)”順利飛天。在“天問一號(hào)”火星著陸階段，僅僅10mm左右厚度的耐高溫氣凝膠作為一道隔熱屏障，使工作平臺(tái)絲毫不受發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的上千度高溫影響。而在火星巡視階段，火星車表面的超低密度氣凝膠材料又作為超級(jí)防寒服，確保探測(cè)車在-130℃的極寒環(huán)境下正常工作。此外，我們的中溫型、高溫型系列氣凝膠產(chǎn)品更是在國防武器裝備艙體防熱等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了成熟的工程化應(yīng)用。
實(shí)際上，高性能隔熱復(fù)合材料不僅能“上九天攬?jiān)隆保?wù)于航空航天高端領(lǐng)域，它也日常民用市場(chǎng)也占據(jù)了一席之地。如我們研制的氣凝膠防寒服、防寒靴被譽(yù)為新一代超輕超保暖產(chǎn)品，鋼包保溫隔熱產(chǎn)品幫助鋼鐵企業(yè)節(jié)約了大量能源成本。
我們非常重視高性能復(fù)合材料技術(shù)向民用市場(chǎng)的轉(zhuǎn)化，如開展了用于“天舟一號(hào)“低溫鎖柜的真空氣凝膠隔熱板在超級(jí)節(jié)能冰箱中的應(yīng)用研究等。我們已布局了高性能氣凝膠在防火裝備、管道保溫、建筑節(jié)能等領(lǐng)域的發(fā)展路線。未來我們將利用所掌握的技術(shù)，更好地服務(wù)于國計(jì)民生。
背景延伸：氣凝膠專業(yè)的發(fā)展歷程
整個(gè)發(fā)展歷程大致可以分為3個(gè)階段：
第一個(gè)階段是2005～2010年，這是萌發(fā)期。應(yīng)該說是從0到1的時(shí)期，組建團(tuán)隊(duì)、構(gòu)建試驗(yàn)室、搭建小試和中試工程裝備，從試驗(yàn)室的瓶瓶罐罐，到巴掌大的樣品；從第一套敷設(shè)了氣凝膠隔熱層的設(shè)備艙通過高溫試驗(yàn)考核，再到隨著航天裝備沖上藍(lán)天，306所的氣凝膠材料正式走到了舞臺(tái)的中央。
第二個(gè)階段是2010～2018年，這是成熟期。經(jīng)過了前期扎實(shí)的基礎(chǔ)研究，技術(shù)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)掌握了氣凝膠結(jié)構(gòu)可控制備和工程應(yīng)用的全套技術(shù)，先后發(fā)展了中溫型、高溫型等幾個(gè)系列氣凝膠產(chǎn)品，在二十幾型航天裝備上獲得了應(yīng)用。研究成果先后獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、國防技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)和中國專利金獎(jiǎng)。
第三個(gè)階段是2018年到現(xiàn)在，開始進(jìn)入收獲期。如今306所的氣凝膠研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)擁有海歸和雙一流高校碩士博士三十余人，研究方向延展出了十幾個(gè)分支，擁有完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，成熟產(chǎn)品有二十幾個(gè)牌號(hào)，遍及國防和民用兩個(gè)市場(chǎng)，年均直接經(jīng)濟(jì)效益超過2億元。
監(jiān)制：朱永磊 邱小敏
策劃：李由
記者：袁晗 劉廈
海報(bào)：程媛媛
通訊員：田少星
實(shí)習(xí)生：秦海明
