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“火”与“冰”的考验 给“天问一号”穿上防护衣

  2021-04-15 07:22:31

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  给“天问一号”穿上防护衣

  “天问一号”探测器计划于5月至6月择机实施火星着陆,开展巡视探测。“天问一号”任务是我国独立开展行星际探测的第一步,将通过一次发射实现对火星的“绕、着、巡”,即火星环绕、火星着陆、火面巡视。这是世界航天史上还没有过的先例。

  在“天问一号”火星探测器中,使用了我国独立自主研发的多项科学技术,其中,火星车采用了中国航天科工三院306所研发的新型隔热保温材料——纳米气凝胶,该材料将分别用来应对“极热”和“极寒”两种严酷环境,同时以其超轻特性极大地减小火星车的负担,让它跑得更快,跑得更远。

  “火”与“冰”的考验

  纳米气凝胶是一种由纳米尺度的固体骨架构成的一个三维立体网络,它的密度可以做到比空气还轻,是世界上最轻的固体;导热系数仅为静止空气的一半,是导热系数最低的固体,这使它成为“天问一号”应对极寒、极热等严酷环境所需热防护材料的不二之选。

  306所作为航天科工集团的特种材料及工艺技术研究中心,已经掌握了气凝胶结构可控制备和工程应用的全套技术,该所研制的气凝胶材料在航天领域已经获得了广泛的应用,涉及的航天装备超过30个型号。比如,在长征五号系列火箭上主要应用于发动机高温燃气系统的隔热。在天舟一号任务中,把气凝胶做成真空隔热板安装在低温锁柜中,在飞船中搭建了超级冰箱。

  “我们系列化的气凝胶产品可以说已经经历了大量‘火’与‘冰’的考验。”该所所长柳晓辉对记者讲道。

  虽然前期有足够的技术和经验积累,但接到为“天问一号”研发热防护材料的任务后,面对“天问一号”新的严酷使役环境,306所气凝胶团队还是碰上了“硬茬”。

  火星着陆阶段,着陆发动机产生的热量使周围的温度超过1000℃,“极热”考验超出了当时世界上气凝胶材料的耐温极限。“极寒”考验出现在火星巡视阶段,要能够确保火星车在-130℃的环境正常工作,更难的是,为了给火星车减负,需要气凝胶具有超低密度,这对材料设计和制备都提出了巨大的挑战。

  艰难攻关不寻常

  面对“天问一号”的严酷工作环境,306所气凝胶研发团队尝试了上百种配方,把几十个工艺参数化整为零,开展了大量的验证试验,经历一次次失败,一次次从头再来,终于解决了原理性问题。

  为了确保万无一失,“天问一号”上用到的两种气凝胶材料先后经过了物理特性、力学性能、隔热性能和空间环境耐候性能等四大类总共98项试验测试。而且每一项试验都需要经过多个批次的重复验证。最终,这两种高性能气凝胶材料如期赶上了飞往火星的航班。

  据介绍,仅仅10mm左右的隔热组件能够在整个着陆过程中能够阻隔1000℃以上的高温,使其另一侧的温度保持在可接受的范围;通过在火星车表面铺设大面积的气凝胶板,不仅阻隔了火星表面的超低温,而且自身的密度只有15mg/cm3,即同等体积下,重量只有钢的1/500,铝的1/180,水的1/60,保障火星车“跑”得更快,“跑”得更远。

  “天问一号”即将在火星着陆,团队的科研人员正密切关注“天问一号”的任务进展,谈到后续落火的安排时,该所副所长、团队带头人张昊讲道:“成功落火后,根据总体单位反馈的回传数据,将进行数据的整理和分析工作,用于指导后续材料的性能优化。”

  飞入寻常百姓家

  如今,看起来神奇的气凝胶材料产品不仅服务于航天领域,也正在飞入寻常百姓家。

  “实际上,我们的高性能隔热复合材料不仅能‘上九天揽月’,服务于航空航天高端领域,其在日常民用市场也占据了一席之地。”柳晓辉介绍,该所正在推动高性能复合材料技术向民用市场的转化,利用所掌握的技术,更好地服务于国计民生。

  据了解,该所研制的气凝胶防寒服、防寒靴被誉为新一代超轻超保暖产品,钢包保温隔热产品帮助钢铁企业节约了大量能源成本,同时在新能源汽车上也应用了气凝胶产品。此外,该所还开展了气凝胶真空隔热板在超级节能冰箱中的应用研究等,布局了高性能气凝胶在防火装备、管道保温、建筑节能等领域的发展路线。

  谈到未来的规划时,柳晓辉讲道,要瞄准世界一流水平,加快新材料、新技术、新产品研发,未来5年实现不少于5项技术应用于国家重大战略领域。

  于忠宁

【编辑:李玉素】

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      公司简介 COMPANY PROFILE

         陕西永高塑业有限公司-公元集团永高股份有限公司西北营销中心,主要负责公元牌、永高牌系列产品在西北区域的销售及市场开发。西北区域公元管道系列产品主要出自重庆永高塑业发展有限公司及安徽永高塑业发展有限公司两个生产基地。主营产品有建筑用给排水管道、市政用给排水管道、工业系统用管道、农业排灌用管道和家装系列管道等五大类,材料涉及以PVC-U、PP-R、PE、PE-RT、CPVC、PB等六大系列产品为主原料的多个品种的各类管道产品。主要产品有:PVC-U双壁波纹管;PVC-U加筋管;HDPE双壁波纹管; PVC-U环保给、排水管及配件;PE给水管、PE钢丝网骨架管、天燃气管及配件;PP-R抗菌冷、热水管;PP-R稳态给水管及配件;PVC-U低烟难燃电工套管及配件;PVC-C高低压电力护套管;地板采暖专用PE-RT管及配件;HDPE缠绕结构壁管材;PVC-M高抗冲给水管;铝塑复合管;农用灌溉管、矿用管以及非开挖专用管道等。 
         公元塑业集团有限公司创建于1983年,是一家产业涉及塑料管道、光伏太阳能、家用电器开关插座、智能装备和贸易等多个领域的大型集团。永高股份有限公司作为公元集团最大的核心子公司,下辖上海公元建材发展有限公司、深圳永高塑业发展有限公司、广东永高塑业发展有限公司、安徽永高塑业发展有限公司、天津永高塑业发展有限公司、重庆永高塑业发展有限公司、浙江公元太阳能科技有限公司、浙江公元电器有限公司、台州市黄岩精杰塑业发展有限公司和浙江金诺铜业有限公司、安徽公元科技发展有限公司、上海永高管道销售有限公司、永高(上海)国际贸易有限公司等十三家全资子公司和两家控股公司,永高股份于2011年12月8日在深圳证券交易所中小板成功上市。    
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