20世紀(jì)60年代起，人類就開(kāi)始不斷地向火星發(fā)射探測(cè)器，火星探測(cè)能力成為航天強(qiáng)國(guó)的重要標(biāo)志之一。

天問(wèn)一號(hào)任務(wù)是我國(guó)獨(dú)立開(kāi)展行星探測(cè)的第一步，通過(guò)一次發(fā)射便實(shí)現(xiàn)了對(duì)火星的“繞、著、巡”，即火星環(huán)繞、火星著陸、火面巡視。在“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器中，使用了我國(guó)獨(dú)立自主研發(fā)的多項(xiàng)“黑科技”，其中就包括火星車用隔熱材料——納米氣凝膠，它可有效應(yīng)對(duì)“極熱”和“極寒”等嚴(yán)酷環(huán)境，其超輕特性極大地減小了火星車的負(fù)擔(dān)，讓火星車跑得更快，跑得更遠(yuǎn)。

神奇氣凝膠 脫穎而出

納米氣凝膠是一種并不被大眾熟知的神奇材料。它是由納米尺度的固體骨架構(gòu)成的一個(gè)三維立體網(wǎng)絡(luò)，它的密度可以做到比空氣還輕，是世界上最輕的固體；導(dǎo)熱系數(shù)僅為靜止空氣的一半，是導(dǎo)熱系數(shù)最低的固體，這使它成為“天問(wèn)一號(hào)”應(yīng)對(duì)極寒、極熱等嚴(yán)酷環(huán)境所需熱防護(hù)材料的不二之選。

中國(guó)航天科工三院306所早在2005年就敏銳地捕捉到氣凝膠材料在空天領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景，并開(kāi)始自主投入，成為國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展氣凝膠材料研究的單位之一。當(dāng)2014年火星探測(cè)提出對(duì)熱防護(hù)的高要求時(shí)，氣凝膠研制早已邁過(guò)了從0到1，組建團(tuán)隊(duì)、構(gòu)建試驗(yàn)室、搭建工程裝備的初創(chuàng)期，氣凝膠也從試驗(yàn)室的瓶瓶罐罐，巴掌大的樣品成為通過(guò)關(guān)鍵型號(hào)高溫試驗(yàn)考核的穩(wěn)定構(gòu)件。經(jīng)過(guò)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)展了多型號(hào)的氣凝膠產(chǎn)品。

永不言棄 艱苦攻關(guān)

雖然有足夠的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累，但面對(duì)“天問(wèn)一號(hào)”新的嚴(yán)酷使役環(huán)境，氣凝膠團(tuán)隊(duì)還是碰上了“硬茬”。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達(dá)到1000℃以上，“極熱”考驗(yàn)超出了當(dāng)時(shí)世界上氣凝膠材料的耐溫極限。“極寒”考驗(yàn)則出現(xiàn)在火星巡視階段，要能夠確保火星車在-130℃的環(huán)境正常工作，更難的是，為了給火星車減負(fù)，需要?dú)饽z具有超低密度，這對(duì)材料設(shè)計(jì)和制備都提出了巨大的挑戰(zhàn)。

如果說(shuō)科學(xué)發(fā)現(xiàn)還有靈光乍現(xiàn)的幸運(yùn)，那科學(xué)規(guī)律的探究和工程應(yīng)用沒(méi)有捷徑，氣凝膠研發(fā)團(tuán)隊(duì)嘗試了上百種配方，把幾十個(gè)工藝參數(shù)化整為零，開(kāi)展了大量的驗(yàn)證試驗(yàn)，經(jīng)歷一次次失敗，一次次從頭再來(lái)，終于解決了原理性問(wèn)題。為了確保萬(wàn)無(wú)一失，“天問(wèn)一號(hào)”上用到的兩種氣凝膠材料先后經(jīng)過(guò)了物理特性、力學(xué)性能、隔熱性能和空間環(huán)境耐候性能等四大類總共98項(xiàng)試驗(yàn)測(cè)試且每一項(xiàng)試驗(yàn)都經(jīng)過(guò)多個(gè)批次的重復(fù)驗(yàn)證。最終，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的高性能氣凝膠材料如期趕上了飛往火星的航班。

僅僅10mm左右厚度的隔熱組件能夠在整個(gè)著陸過(guò)程中將上千攝氏度的高溫阻隔到可接受的溫度范圍，就像消防員身上穿的防火服；通過(guò)在火星車表面鋪設(shè)大面積的氣凝膠板，就像登山運(yùn)動(dòng)員身上穿的防寒服，不僅阻隔了環(huán)境的超低溫，而且同等體積下，重量只有鋼的1/500，鋁的1/180，水的1/60。

創(chuàng)新無(wú)止境 再創(chuàng)輝煌

九層之臺(tái)起于壘土。氣凝膠研制團(tuán)隊(duì)在面對(duì)一次又一次急難險(xiǎn)重任務(wù)，經(jīng)歷一次又一次從“0”到“1”的創(chuàng)造過(guò)程中，也收獲了一個(gè)個(gè)認(rèn)可和榮譽(yù)。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多系列氣凝膠產(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(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)、國(guó)防技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)和中國(guó)專利金獎(jiǎng)等。氣凝膠材料的應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸拓展開(kāi)來(lái)，例如作為長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庀到y(tǒng)的隔熱材料，又如被制成真空隔熱板用在“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船的低溫鎖柜中……

如今，該氣凝膠研發(fā)團(tuán)隊(duì)已將研究方向延展出了十幾個(gè)分支，產(chǎn)品遍及國(guó)防和民用兩個(gè)市場(chǎng)，年均直接經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)2億元。面向十四五，團(tuán)隊(duì)提出了“更高性能和更多功能”的目標(biāo)，為下一個(gè)十年的空天征途續(xù)寫新的輝煌篇章。

【責(zé)任編輯：家正】