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大气层|这些材料助力“天问一号”成功落火

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这些材料助力“天问一号”成功落火
火星有着“探测器坟场”的外号 ， 迄今人类实施的40多次探火活动 ， 成功率不到一半 。 所以 ， 从靠近它到探索它 ， “天问一号”跨出每一步都必须谨小慎微 。

大气层|这些材料助力“天问一号”成功落火
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探测器着陆在极短的时间里穿越火星大气层 ， 与大气层产生摩擦 ， 表面温度急剧升高；同时 ， 在高热状态下 ， 探测器与大气层发生复杂的物理化学反应 。
另外 ， “天问一号”从4.8km/s的降落速度 ， 在5分钟内减为460m/s ， 并在降落伞打开后减为不到100m/s ， 接着在大推力发动机的作用下在100m左右的高度时降为零 ， 最后靠4条着陆腿缓冲掉最后冲击力 ， 最终让搭载6台科学仪器的火星车平稳落地 。

大气层|这些材料助力“天问一号”成功落火
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上述的系列挑战 ， 让“天问一号”面临被烧毁或者坠毁的风险 。 任务能否成功 ， 取决于“天问一号”的结构和采用的材料 ， 那么哪些材料在为“天问一号”保驾护航呢？
01
超轻质的蜂窝增强低密度烧蚀防热材料：应用于火星探测器上气动加热最严重的大底结构及大底拐角部位 。
作用：在探测器着陆的阶段 ， 该材料表面与火星大气摩擦并发生复杂的物理化学反应 ， 带走大量的热量；同时该材料还具有良好的保温隔热性能 ， 将热浪排除在探测器之外 ， 有效保护探测器不被烧坏 。
02
连续纤维增强中密度防热材料：应用在需要维持探测器整体形状的上下边缘和结构的支撑部位以及背罩防热结构的舱盖、封边环、埋件、螺塞等零部件 。
作用：该材料相比低密度材料强度更高 ， 密度为0.9g/cm3 ， 兼顾了耐烧蚀和承载能力 。
03
超轻质的烧蚀防热涂层材料：应用在气动加热较为缓和的背景部位 。
作用：涂层密度为0.28g/cm3 ， 热导率为0.06W/(m k） ， 隔热性能优良 ， 对着陆器的减重也起到重要作用 。
04
特种吸能合金：应用于着陆机构 。
作用：该合金具有突出的强韧性、轻质性和吸能性 ， 可吸收探测器着陆的冲击能 。
05
高性能碳化硅基增强铝基复合材料：应用于探测器高精密仪器 。
作用：重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定 ， 满足“天问一号”长时间运行时对关键机构的材料需求 。
06
铝硅封装外壳：应用于探测器着陆系统的TR组件等核心元器件封装解决方案 。
作用：保障探测器着陆系统电路的安全 ， 为器件内部电路穿上安全可靠的保护衣 ， 保障探测器在火星的安全平稳着陆 。
07
新型铝基碳化硅复合材料：用于火星车结构、机构、仪器等几十种零部件 。
作用：火星车要在工况复杂的火星表面长距离行走 ， 这对火星车材料的轻量化、高强韧性、高尺寸稳定性、耐冲击性提出了极高的要求 ， 传统铝、钛合金难以兼顾综合要求 ， 新型铝基碳化硅复合材料可胜任 。
08
新型镁铝合金：用于探测器结构 。
作用：目前世界上最轻的金属结构材料之一 ， 可实现探测器轻量化 。
09
高精尖铝材（蒙皮板、自由锻件、超大规格板、锻环、铝锂合金）：应用于探测器 。
作用：保障天问一号火星探测器长期的太空行驶及完成着陆 。
10
有机热控涂层：航天器外表面及仪器表面 。
作用：探测器在进入轨道后 ， 处于地球大气层以外的超高真空空间环境 ， 朝向太阳的部分表面温度非常高 ， 而背向太阳的部分表面温度非常低 ， 导致航天器“冰火两重天” 。 该材料可以保证探测器能够在极端复杂的温度下保持正常工作 ， 通过调控温度达到热控需求 。
11
纳米气凝胶：用于火星车 。
作用：很轻、隔热性能好 ， 在探测器“落”与“巡”两项任务中发挥作用 。
12
聚合物智能复合材料：用于可展开柔性太阳能电池系统 。
作用：实现柔性太阳能电池的锁紧、释放和展开 ， 以及展开后高刚度可承载等功能 。
来源 中国航天报微信公众号
编辑：高珊珊
流程编辑 吴越
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