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“黑科技”为“天问一号”穿上神奇外衣,孔隙率可高达99.8%

来源:央视网 2021-04-09 09:33:18
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纳米气凝胶是一种并不被大众熟知的神奇材料。它是由纳米尺度的固体骨架构成的一个三维立体网络,网络结构间包含着丰富的纳米孔隙,孔隙率可以高达99.8%。由于它的骨架结构是纳米尺度的,可见光可以从中间穿过,同时会发生瑞利散射,让最常见的二氧化硅气凝胶肉眼看上去像是被冻住的蓝色烟雾,这和天空呈现蓝色的原理是一样,所以它还有一个很好听的绰号,叫做“蓝烟”。

4月6日,央视网记者走进中国航天科工三院306所,探秘这一“神奇”材料的研发实验室。306所作为航天科工集团特种材料及工艺技术研究中心,是国内最早开展气凝胶材料研究的单位之一。早在2005年就通过对热防护材料技术体系的追踪和研判,敏锐地捕捉到气凝胶材料未来将在空天领域有巨大的应用前景。

目前,306所气凝胶研发团队研制的气凝胶材料已应用在长征五号系列火箭、“天舟一号”上。我国首次火星探测任务“天问一号”上也应用了两种气凝胶材料,他们将分别用来应对“极热”和“极寒”的考验。“极热”考验出现在火星着陆阶段,着陆发动机产生的热量使周围的温度超过1000℃,气凝胶材质的隔热组件能够阻隔高温,仅仅10mm左右的材料就能够在整个着陆过程让它身后温度达到可接受的范围。“极寒”考验出现在火星巡视阶段,火星车的表面铺设大面积的气凝胶板,能够确保火星车在-130℃的环境正常工作。

为了给火星车减负,让它“跑”的更快,“跑”的更远。306所气凝胶研发团队在“天问一号”上使用的是超低密度的气凝胶,其密度只有15mg/cm3,同等体积下,重量只有钢的1/500,铝的1/180,水的1/60。

面对“天问一号”的严酷工作环境,306所气凝胶研发团队秉承航天工作者“严、慎、细、实”的工作作风,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,他们研发的高性能气凝胶材料如期赶上了飞往火星的航班。(记者/李夏、通讯员/田少星)

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