【着陆|天问一号成功的背后 离不开哪些“科技新元素”？】天问一号上的“科技新元素”
杨 庆 武勇江 本报采访人员 王凌硕
5月15日7时18分 ， 天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区 ， 我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功 。
天问一号成功的背后 ， 离不开大量“科技新元素”的支撑 。
相控阵敏感器：太空“千里眼”优势多
我国此次火星探测 ， 旨在通过一次发射实现对火星的环绕、着陆和巡视 。 作为位置和速度测量的重要仪器 ， 相控阵敏感器在着陆阶段 ， 为航天器持续提供高精度测量数据 ， 成功助力着陆巡视器安全着陆火星表面 。
相控阵敏感器安装在火星着陆巡视器进入舱着陆平台下方 ， 作用范围达数十千米 ， 可谓火星探测器的太空“千里眼” 。 它和其他不同原理的测量敏感器密切配合 ， 接力引导航天器平安降落在火星上 。
航天器从130多公里的高空进入火星大气 ， 速度高达5.9公里/秒 。 要在短短几分钟内 ， 让航天器速度归零 ， 是所有火星探测任务中技术难度最大、失败概率最高的关键一环 。
相控阵敏感器总工程师孙武介绍 ， 这是国内首次将相控阵体制雷达应用于地外天体着陆测量 。 因火星和地球间距离漫长 ， 通信存在一定时延 ， 在地球上无法控制着陆过程 ， 必须让着陆巡视器自主完成这段旅程 ， 这对敏感器提出的要求极为苛刻 。
孙武说：“相控阵敏感器的雷达天线由多个辐射单元组成 ， 就像生物学中蜻蜓的复眼 ， 具有波束扫描快、指向灵活、目标容量大、抗干扰能力强等特点 。 ”
此外 ， 相控阵敏感器具有提供9个方向的测量功能 ， 航天器可切换其中任意4个方向同时测量距离速度信息 ， 从而快速修正航天器的姿态测量误差 ， 确保着陆巡视器方向控制准确无误 。
悬架减速自锁装置：小型“传动器”作用大
火星表面地形复杂 ， 祝融号火星车如何准确传递运动指令 ， 进而灵活行走、爬坡下坎？这一切离不开火星车移动分系统核心传动部件——悬架减速自锁装置 。 没有它的支持 ， 火星车就如断线的风筝 。
如果将火星车比作一辆马车 ， 那么悬架减速自锁装置就是驾驭这架“马车”的“车夫” 。 在火星车左右两侧悬架上 ， 分别装备了2种结构精密的悬架减速自锁装置 。 该装置体形小、重量轻 ， 整套传动装置相互配合 ， 使火星车6个行走车轮独立实现抬升和降落 ， 实现车体姿态和高低调节 ， 以适应火星表面地形 ， 保证爬坡下坎行动自如 。
火星探测任务的重头戏就是在火星表面巡视 ， 这个过程必须万无一失 。 项目技术负责人贺志斌告诉采访人员 ， 他们花了整整半年时间 ， 从原材料、热处理、机械加工、精密测试与试验等基础方面入手 ， 通过不断探索和开拓创新 ， 一路闯过了多道难关 ， 确保了火星车在转向、过坡中更自主灵活 。
纳米气凝胶：“超薄外套”脱颖而出
为确保天问一号探测器成功降落火星并正常工作 ， 火星车采用了一种新型隔热保温材料——纳米气凝胶 。 它不仅可用来应对极热和极寒两种严酷环境 ， 且凭借其超轻特性 ， 能极大地减轻火星车的负担 ， 让它跑得更快、更远 。
纳米气凝胶是由纳米尺度固体骨架构成的一个三维立体网络 ， 密度可做得比空气还低 ， 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 。 这使它成为天问一号应对极寒、极热等严酷环境所需防护材料的不二之选 。
火星着陆阶段 ， 着陆发动机产生的热量会使周围温度超过1000℃ ， 这种极热考验超出了世界上气凝胶材料的耐温极限；而极寒考验出现在火星巡视阶段 ， 要能确保火星车在-130℃的环境正常工作 。 更难的是 ， 为给火星车减负 ， 需要气凝胶具有超低密度 ， 这对材料设计和制备都提出了巨大挑战 。
据悉 ， 天问一号探测器上用到的气凝胶材料 ， 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近百项测试 。
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