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20世紀60年代起(qi)，人類就(jiu)開(kai)始不斷(duan)地向火星發射探(tan)(tan)測(ce)(ce)器，火星探(tan)(tan)測(ce)(ce)能力成為航天(tian)強國的重要標志之一。

天問一號任務是(shi)我國獨立開展行(xing)星(xing)(xing)探(tan)(tan)測的(de)第一步，通(tong)過一次發(fa)射便實現了對火(huo)(huo)星(xing)(xing)的(de)“繞、著(zhu)、巡”，即火(huo)(huo)星(xing)(xing)環繞、火(huo)(huo)星(xing)(xing)著(zhu)陸、火(huo)(huo)面巡視(shi)。在(zai)“天問一號”火(huo)(huo)星(xing)(xing)探(tan)(tan)測器中(zhong)，使用了我國獨立自主研發(fa)的(de)多項“黑科技”，其中(zhong)就包(bao)括(kuo)火(huo)(huo)星(xing)(xing)車(che)用隔熱材料——納米氣凝膠，它可有效應對“極(ji)(ji)熱”和“極(ji)(ji)寒”等嚴酷(ku)環境，其超(chao)輕特(te)性極(ji)(ji)大地減小(xiao)了火(huo)(huo)星(xing)(xing)車(che)的(de)負擔，讓火(huo)(huo)星(xing)(xing)車(che)跑得更(geng)快(kuai)，跑得更(geng)遠。

神奇氣凝膠 脫穎而出

納(na)米氣(qi)凝膠是(shi)一(yi)種并不被大(da)眾(zhong)熟知的(de)神奇(qi)材(cai)料。它(ta)是(shi)由納(na)米尺度(du)(du)的(de)固體(ti)(ti)(ti)骨架構(gou)成的(de)一(yi)個(ge)三維立(li)體(ti)(ti)(ti)網絡，它(ta)的(de)密度(du)(du)可以做(zuo)到比(bi)空(kong)氣(qi)還輕(qing)，是(shi)世界(jie)上(shang)最輕(qing)的(de)固體(ti)(ti)(ti)；導熱(re)(re)系(xi)數(shu)僅為靜(jing)止空(kong)氣(qi)的(de)一(yi)半(ban)，是(shi)導熱(re)(re)系(xi)數(shu)最低的(de)固體(ti)(ti)(ti)，這(zhe)使它(ta)成為“天問(wen)一(yi)號”應(ying)對極寒、極熱(re)(re)等嚴酷環境(jing)所需熱(re)(re)防護材(cai)料的(de)不二(er)之(zhi)選。

中(zhong)國(guo)航天科工(gong)三院306所(suo)早(zao)在(zai)2005年就敏銳(rui)地捕捉(zhuo)到氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)材料在(zai)空天領域有(you)巨大的(de)應用前景(jing)，并(bing)開始自主投入，成為(wei)國(guo)內最(zui)早(zao)開展氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)材料研(yan)(yan)究的(de)單位(wei)之(zhi)一(yi)。當2014年火星探測提出對熱防護的(de)高要求時，氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)研(yan)(yan)制早(zao)已邁過了(le)從0到1，組(zu)建團隊、構(gou)建試驗(yan)室、搭建工(gong)程(cheng)裝備(bei)的(de)初(chu)創期(qi)，氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)也從試驗(yan)室的(de)瓶(ping)瓶(ping)罐罐，巴掌大的(de)樣品成為(wei)通(tong)過關鍵型號高溫(wen)試驗(yan)考核的(de)穩(wen)定(ding)構(gou)件。經(jing)過前期(qi)扎實的(de)基(ji)礎研(yan)(yan)究，技術(shu)團隊已經(jing)掌握了(le)氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)結構(gou)可控制備(bei)和工(gong)程(cheng)應用的(de)全套技術(shu)，先后(hou)發展了(le)多型號的(de)氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)產品。

永不言棄 艱苦攻關

雖然有足(zu)夠(gou)(gou)的技術和經(jing)驗(yan)積(ji)累(lei)，但(dan)面對(dui)“天問一號”新的嚴酷使役環(huan)境，氣(qi)凝(ning)(ning)膠團隊還是碰上(shang)了“硬茬”。火星(xing)著陸(lu)階(jie)(jie)段，著陸(lu)發(fa)動機產生的熱(re)量使周(zhou)圍的溫(wen)度達到(dao)1000℃以上(shang)，“極熱(re)”考(kao)驗(yan)超出(chu)(chu)了當時世界上(shang)氣(qi)凝(ning)(ning)膠材料(liao)的耐溫(wen)極限(xian)。“極寒”考(kao)驗(yan)則(ze)出(chu)(chu)現在火星(xing)巡視階(jie)(jie)段，要(yao)能夠(gou)(gou)確(que)保火星(xing)車在-130℃的環(huan)境正(zheng)常工作(zuo)，更難(nan)的是，為了給火星(xing)車減負(fu)，需要(yao)氣(qi)凝(ning)(ning)膠具有超低密度，這對(dui)材料(liao)設(she)計和制備都提出(chu)(chu)了巨大的挑戰。

如果說科(ke)學(xue)發(fa)現(xian)還有(you)靈光乍現(xian)的(de)幸運，那科(ke)學(xue)規律的(de)探究和(he)工程應(ying)用沒有(you)捷徑(jing)，氣(qi)凝(ning)膠研發(fa)團隊(dui)嘗試了(le)上百(bai)種配方，把幾十個工藝(yi)參數化整為(wei)零，開展了(le)大(da)量的(de)驗證試驗，經(jing)歷一(yi)次次失敗(bai)，一(yi)次次從頭再來(lai)，終(zhong)于解決了(le)原(yuan)理性(xing)問題。為(wei)了(le)確保萬無一(yi)失，“天問一(yi)號”上用到的(de)兩種氣(qi)凝(ning)膠材料先后(hou)經(jing)過(guo)了(le)物理特性(xing)、力學(xue)性(xing)能、隔熱性(xing)能和(he)空間環境耐候性(xing)能等四大(da)類總共98項試驗測試且(qie)每一(yi)項試驗都經(jing)過(guo)多個批(pi)次的(de)重復驗證。最終(zhong)，該團隊(dui)研發(fa)的(de)高(gao)性(xing)能氣(qi)凝(ning)膠材料如期(qi)趕(gan)上了(le)飛往火星(xing)的(de)航班。

僅(jin)僅(jin)10mm左右厚度(du)(du)的(de)(de)隔熱組件能夠在整個(ge)著陸過(guo)程中將上千攝氏度(du)(du)的(de)(de)高溫阻隔到可接受的(de)(de)溫度(du)(du)范圍，就像消防(fang)員(yuan)身(shen)上穿的(de)(de)防(fang)火(huo)服(fu)；通過(guo)在火(huo)星車表面鋪設大面積的(de)(de)氣(qi)凝膠(jiao)板，就像登山運動員(yuan)身(shen)上穿的(de)(de)防(fang)寒服(fu)，不僅(jin)阻隔了環境(jing)的(de)(de)超低(di)溫，而且同等體積下，重量只有鋼的(de)(de)1/500，鋁的(de)(de)1/180，水(shui)的(de)(de)1/60。

創新無止境 再創輝煌

九(jiu)層之(zhi)臺起(qi)于壘土(tu)。氣凝(ning)膠(jiao)研(yan)制團隊(dui)在面對(dui)一(yi)次又一(yi)次急難險重任務，經(jing)歷(li)一(yi)次又一(yi)次從“0”到“1”的(de)創造(zao)過(guo)程(cheng)中，也收獲(huo)了一(yi)個個認可和(he)榮譽。團隊(dui)研(yan)發(fa)(fa)的(de)多系(xi)(xi)列氣凝(ning)膠(jiao)產品在二十幾型航天裝備上獲(huo)得(de)了應用(yong)(yong)，研(yan)究成果先后獲(huo)得(de)國家科(ke)技進步獎、國防(fang)技術發(fa)(fa)明獎和(he)中國專利(li)金獎等。氣凝(ning)膠(jiao)材(cai)料的(de)應用(yong)(yong)領域也逐漸拓展(zhan)開來，例如作為(wei)長征五(wu)號系(xi)(xi)列火箭的(de)發(fa)(fa)動機燃氣系(xi)(xi)統的(de)隔熱材(cai)料，又如被(bei)制成真空隔熱板用(yong)(yong)在“天舟一(yi)號”貨運飛船(chuan)的(de)低溫鎖柜中……

如今(jin)，該氣凝膠研(yan)(yan)發團隊已(yi)將研(yan)(yan)究方向(xiang)延展出(chu)了十(shi)幾個分支，產(chan)品遍及國防(fang)和民用兩(liang)個市場，年均直接經濟(ji)效益超過2億元。面向(xiang)十(shi)四(si)五(wu)，團隊提(ti)出(chu)了“更高性能(neng)和更多功能(neng)”的目標，為下一(yi)個十(shi)年的空天征(zheng)途續(xu)寫新(xin)的輝(hui)煌篇章。

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