神奇一号 天问黑坑一号

中新网4月8日电(记者黄昂进通讯员田绍兴)3月26日，国家航天局发布了中国首次火星探测任务“田文一号”探测器在南、北半球拍摄的两幅侧照。据国家航天局介绍，田文-1号探测器已在停泊轨道运行一个多月，探测器上的科学探测设备已陆续开启，并对火星表面预选着陆区的地形和沙尘天气进行了详细调查。计划今年5-6月登陆火星，进行巡逻探测。

田文一号任务是中国独立星际探索的第一步。它将通过一次发射实现火星的“绕飞、着陆和巡逻”，即绕火星、着陆火星和在火面上巡逻。航天科工集团第五研究院火星探测器总设计师孙泽洲在接受媒体采访时指出，“世界上没有任何一个国家同时实现过(这三个目标)。”

在田文一号火星探测器中，使用了许多我国自主研发的“黑色技术”，其中之一就是应用于火星飞行器的热控材料—— nm气凝胶。作为一种新型保温材料，它将用于应对“极热”和“极冷”两种恶劣环境。同时，纳米气凝胶的超轻特性大大减轻了火星车的负担，使其跑得更快更远。

4月6日，一名来自杨光的记者。com前往中国航天科技研究院306所，近距离了解纳米气凝胶的材料性能、工作原理和应用场景。

“极热”“极冷”的环境是如何体现的？

“极热”试验出现在火星着陆阶段，着陆发动机产生的热量使周围温度达到1000C以上；“极寒”测试出现在火星巡视阶段，需要保证火星车在-130正常工作。另外，为了减轻月球车的负担，要求气凝胶具有超低密度。

纳米气凝胶有什么神奇之处？

据中国航天科技三院306气凝胶研发团队介绍，纳米气凝胶并不为大众所熟知，而是被科学界誉为“改变世界的神奇材料”。它是一种具有纳米孔结构的轻质材料，是由纳米级固体骨架组成的三维网络。网络结构中含有丰富的纳米孔，孔隙率可高达99.8%。因为这种特殊的结构，它的密度可以比空气轻，是世界上最轻的固体；它的导热系数只有静止空气的一半，是导热系数最低的固体。此外，气凝胶的比表面积很高，一克气凝胶的膨胀表面积可达1000平方米。这些特殊性能使纳米气凝胶成为田文1号应对极端寒冷和高温的最佳热防护材料。

超轻性能方面，从图1可以看出，鲜花芯上放了一块气凝胶，花芯没有弯曲。这就保证了气凝胶应用于火星飞行器时，重量几乎没有增加。

(图1:气凝胶超轻性能显示器。杨黄昂珍摄)

气凝胶材料在用来阻隔热量时，其细长的骨架使得导热非常困难，相当于让热量沿着狭窄的路径在三维网络上走了一个迷宫；而大量的纳米孔就像是一个个的房间，锁住了一个个的气体分子，使其既不能流动，也不能相互接触，从而无形中消除了对流传热。

(图2:气凝胶的绝热性能。杨黄昂珍摄)

如图2所示，气凝胶下方数千度的火焰不会伤害放置在气凝胶上的花朵。从图3的红外成像测试装置可以看出，加热器的表面温度接近400C，热量无法通过气凝胶的屏障传递到另一侧，因此人手可以触摸到。

(图3:红外成像测试气凝胶的隔热性能。杨黄昂珍摄)

综上所述，10mm左右的保温组件可以将1000以上的高温阻隔到整个降落过程中可以接受的温度范围，就像消防员穿的防火服一样；火星车表面铺设了大面积的气凝胶板，就像登山运动员穿的冬装一样，既阻挡了-130的环境低温，又有自身的密度，即钢、铝、水的重量只有同体积的1/60，保证了火星车能“跑”得更快，“跑”得更远。

为什么中国自主研发的气凝胶问世了？

作为航天科工集团特种材料与工艺技术研究中心，早在2005年，306所就通过对防热材料技术体系的跟踪判断，敏锐地捕捉到气凝胶材料在未来的空气和空间领域将有巨大的应用前景，果断开始自主投资，成为国内最早开展气凝胶材料研究的单位之一。

因此，当2014年知道火星探测需要热防护时，306家机构已经深入气凝胶领域将近10年了。从0到1的初期，团队建设，实验室建设，工程设备建设，气凝胶已经从实验室的瓶罐罐，手掌大小的样品，到通过重点型号高温测试的稳定成分。随着航天设备一次次冲向蓝天，来自306所院校的气凝胶材料正式登上舞台中央。经过前期扎实的基础研究，技术团队掌握了气凝胶结构可控制备和工程应用的整套技术，先后开发了中温型、高温型等几个系列的气凝胶产品，研究成果获得国家科技进步奖和中国专利金奖。

气凝胶将如何进入普通人的家中？

据介绍，为了满足我国新一代武器装备对高性能隔热复合材料的需求，306名科研人员经过十多年的不懈努力，开发出了覆盖-100至2500温度范围的系列化、规模化气凝胶材料产品，材料的性能可根据客户要求定制。产品根据形状和用途分为三类：气凝胶组件、柔性毡和柔性布。

在气凝胶组件技术的基础上，研究人员开发了宽度为1.5米、长度为几十米至数百米的气凝胶柔性毡产品。在同等成本条件下，其隔热性能比传统材料好60%以上。“我们非常重视将高性能复合材料技术转化为民用市场，并制定了高性能

气凝胶在防火装备、管道保温、建筑节能等领域的发展路线。未来我们将利用所掌握的技术，更好地服务于国计民生。”中国航天科工三院306所所长柳晓辉说。

通过对隔热型气凝胶技术进行功能拓展和材料改性，科研人员又开发出气凝胶柔性布这一创新产品。气凝胶柔性布是一种新型面料，具有重量轻、热导率极低、柔韧性优异、平整度高、疏水透气性和易用性良好等特点，适用于保暖服装、鞋帽、帐篷等户外用品和高温电子电器产品。

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