2021年5月15日，中国首辆火星车“祝融号”在环火轨道遨游数月后，终于从“天问一号”飞船中分离并下降，成功踏上了这颗火红色星球的土地上！

看似并不复杂的动作，实则危机四伏。

 

“祝融号”着陆在极短的时间内穿越火星大气层，经历了“黑色9分钟”。这9分钟里，“祝融号”高速进入大气层，并与大气层产生摩擦，表面温度急剧升高；在高热状态下，“祝融号”与大气层发生了复杂的物理化学反应。

 

 

在接近火星地面时，“祝融号”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，再靠四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。

 

 

由于从火星到地球的信号传输一个来回需要约20分钟，无法进行人工指令的干预，而着陆的机会短暂且唯一，着陆过程中也没法暂停任务。面对一系列复杂情况，“祝融号”依靠高度的智能化预判突发性事件，顺利完成了登陆任务。

 

着陆后的“祝融号”火星车将开展为期90个火星日（地球大约三个月）的科学探测任务，任务包括绘制火星形态和地质结构图、调查火星表面的土壤特征和水冰分布、分析火星表面的物质组成、测量电离层和火星地表气候及环境特征、探索火星的物理场（电磁场、引力场）和内部结构等。

 

 

“祝融号”火星车重约240公斤，是“玉兔二号”的2倍，长3.3米、宽3.2米、高1.85米。

 

火星上空气稀薄又寒冷、昼夜温差大，平均温度只有零下63℃，如同地球上荒芜的戈壁滩环境，表面坑坑洼洼，还经常会发生沙尘暴等极端天气，条件十分恶劣。摆在“祝融号”火星车面前挑战，十分艰巨。

 

任务能否成功，取决于“祝融号”火星车的结构和采用的材料，那么哪些材料在为“祝融号”保驾护航呢？

 

“祝融号”的优势还是在材料和通信上。比如“祝融号”的热控材料是新型保温材料——纳米气凝胶，很轻，隔热性能好。它的太阳能面板也不会被灰尘给封印，因为面板可以调节角度，甚至可以竖起来，而且面板上也有一层特殊涂层，不容易粘灰。

 

 

“祝融号”还采用了铝蜂窝夹层材料、铝基碳化硅、复合纤维材料等多种新材料，能提升火星车的高耐磨性和稳定性，基础零部件都实现了国产化，元器件国产化率也超过90%。它收集到的数据需要传输给还在天上转圈的“天问一号”，然后由“天问一号”转发给地球。

 

“祝融号”用了哪些材料？

 

在“黑色9分钟”内，流星一般高速下降的着陆器，与火星大气层高速摩擦，着陆器表面温度急剧升高，如果不进行有效防护，那么着陆器在大气层就面临被烧毁的危险。

 

那么在防热方面，“祝融号”用到了哪些材料？

 

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支撑部位。

 

作用：该材料相比较低密度材料其强度更高，密度约为0.9g/cm3，兼顾了耐烧蚀和承载能力。

 

研究团队：中国运载火箭技术研究院所属航天材料及工艺研究所。

 

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罩部位。

 

作用：该涂层材料密度仅为0.28g/cm3左右，热导率低至约0.06W/m·K，其基本热物理性能达到国际先进水平，不仅隔热性能优良，对着陆器的减重也起到了重要作用。

 

研究团队：中国运载火箭技术研究院所属航天材料及工艺研究所。

 

“祝融号”承载了多重任务，携带的设备较多，还需要经受着陆时“黑色9分钟”考验。因此对轻量化要求十分高。

 

此外，火星环境复杂、表面凹坑密布，为着陆增加了更多的困难。为了保障“祝融号”在火星表面成功实现软着陆，采用了轻量化及特种吸能材料。

 

特种高吸能合金

 

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，吸收探测器着陆时的冲击能。

 

研究团队：中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究体所。

 

铝硅封装外壳

 

应用于探测器着陆系统的TR组件等核心关键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了安全可靠的“保护衣”，保障探测器在火星安全平稳着陆。

 

研究团队：合肥圣达电子科技实业有限公司。

 

高性能碳化硅基增强铝基复合材料

 

用于探测器高精密仪器。

 

作用：新型的碳化硅基增强铝基复合材料构件重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定，满足了“祝融号”长时间运行时对某关键机构的材料需求。

 

研究团队：上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室团队。

 

 新型镁锂合金

 

用于探测器结构。

 

作用：作为目前世界上最轻的金属结构材料，可实现探测器轻量化。

 

研究团队：西安交通大学团队。

 

 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“祝融号”火星探测器长期的太空行驶及完成极其复杂的着陆过程。

 

研究团队：西南铝业（集团）有限责任公司。

 

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则可胜任。

 

研究团队：中国科学院金属研究所团队。

 

      由于火星探测器距离太阳较远，它所受到的太阳辐射强度大大减弱，温度较低。火星上温度很低，赤道上的平均温度只有-23°C，针对复杂的温度工作环境，“祝融号”有什么样的防护手段？

 

 有机热控涂层

 

用于航天器外表面。

 

作用：“天问一号”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，朝向太阳的表面温度非常高，而背向太阳的表面的温度则非常低，导致航天器“冰火两重天”。该材料得以保证“天问一号”探测器能够在极端复杂的温度环境下保持正常工作。

 

研究团队：中国科学院上海有机化学研究所有机热控涂层研制组。

 

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。

 

研究团队：中国航天科工三院306所。

 

隔热降噪材料三胺泡沫

 

用于火星车。

 

作用：火星极端低温环境下，还时常伴有风暴。该产品隔热降噪效果好，衡量防火性能的氧指数高达34，一平方米的重量不足70克，各项性能可靠，保障火星车适应恶劣环境。

 

研发团队：绿宇新材料科技股份有限公司。