探秘神奇材料如何护航“天问”探“火”

原标题:探秘神奇材料如何护航“天问”探“火”

4月7日,媒体记者走进中国航天科工三院306所,就该所自主研发的先进隔热材料——气凝胶材料进行集中采访报道。

据介绍,306所作为航天科工集团特种材料及工艺技术研究中心,早在2005年就通过对热防护材料技术体系的追踪和研判,敏锐地认识到气凝胶材料未来将在空天领域有巨大的应用前景。也就在这个时候,该所果断开始自主投入,成为国内最早开展气凝胶材料研究的单位之一。

历经十余年的持续开发,该所技术团队已经掌握了气凝胶结构可控制备和工程应用的全套技术,先后发展了中温型、高温型等几个系列气凝胶产品,在二十余型国防武器装备以及长征五号系列火箭、天舟系列货运飞船、天问一号任务中获得应用,研究成果先后获得国家科技进步奖、国防技术发明奖和中国专利金奖等。

活动中,记者们首先来到306所展室,了解了306所的专业发展、特色产品及应用情况。随后,306所所长柳晓辉、副所长张昊及306所气凝胶研制团队技术人员接受了记者们的采访,详细介绍了气凝胶材料的整体情况、工作原理、研制历程、后续研发计划以及306所在专业建设、知识产权保护、创新体系建设、创新人才培养等方面取得的成果。

据介绍,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,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。把10克气凝胶材料完全铺展开,它拥有的表面就可以覆盖一个标准足球场。这些特殊的性能,让气凝胶先后收获了十几项吉尼斯世界纪录。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。

当天下午,记者们走进实验室,近距离观看了具有不同特性的多种气凝胶材料和产品;306所气凝胶技术团队通过溶胶-凝胶实验、高温热台实验、疏水实验、高温喷枪实验等一系列小实验介绍了气凝胶材料从制备到性能验证的全过程,展示了气凝胶材料具有的低密度、低导热率、高耐温性、疏水性、可剪裁性等优异性能。

通过技术人员的介绍和实验演示,记者们了解到,“天问一号”上一共应用了两种气凝胶材料,分别用来应对“极热”和“极寒”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℃,仅仅10mm左右的气凝胶隔热组件能够阻隔高温,保证整个着陆过程让它身后的温度处于可接受的范围,就像消防员身上穿的防火服。“极寒”考验出现在火星巡视阶段,通过火星车的表面铺设了大面积的气凝胶板,能够确保火星车在-130℃的环境正常工作,就像登山运动员身上穿的防寒服。为了给火星车减负,让它“跑”得更快,“跑”得更远,上述使用的都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。

据介绍,为了确保万无一失,“天问一号”上用到的这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。

据悉,如今306所的气凝胶研发团队已经拥有海归和双一流高校硕士博士三十余人,研究方向延展出了十几个分支,拥有完整的自主知识产权体系,成熟产品有二十几个牌号,遍及国防和民用两个市场,年均直接经济效益超过2亿元。“这都得益于306所近几年营造的利于科技创新的宽松软环境和优越硬环境!要宽容失败,也要舍得投入。”306所所长柳晓辉介绍说。(田少星)

(责编:赵竹青、吕骞)

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