




2021-05-17
2021年5月15日7時18分,天問一號火星探測器在環(huán)火軌道環(huán)繞了3個多月后,成功著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區(qū),我國首次火星探測任務著陸火星取得成功。
整個著陸過程中,每個動作都必須環(huán)環(huán)相扣,精準完成,不容有絲毫失誤。
要想平安穩(wěn)定地降落到火星表面,首要問題就是讓高速奔馳的天問一號減速。“超音速降落傘是減速技術中難度最大的一個環(huán)節(jié),天問一號在使用降落傘時要保證在超音速、低密度、低動壓下打開,而這個過程存在開傘困難、開傘不穩(wěn)定等問題?!焙教炜萍技瘓F五院天問一號探測器總體主任設計師王闖介紹。天問?號打開降落傘進?傘系減速,當速度降?100米/秒時,天問?號才通過反推發(fā)動機進?減速。
青島海麗雅集團有限公司為“天問一號”提供著陸傘繩連接技術、研發(fā)并提供特種彈性繩索以用于著陸器耐沖擊試驗。其中傘繩連接技術通過“自鎖”的方式解決了探測器著陸傘在打開時承受巨大沖擊力易發(fā)生脫離的問題,而彈性繩索則為著陸器完成了耐沖擊試驗。這兩項工作都作用于探測器進入火星大氣后安全著陸這一最核心環(huán)節(jié)。
“在著陸過程中,減速傘打開的一瞬間和探測器著陸的一瞬間對傘繩的沖擊力非常大,傳統(tǒng)繩索插接方式一旦耐受不住沖擊力就會產生斷裂,探測器也將無法完成后續(xù)任務?!鼻鄭u海麗雅集團有限公司副總工程師徐連龍說。“看到‘天問一號’火星探測器成功著陸,內心非常激動,這也是我們預期的結果?!?月15日一大早,海麗雅技術中心副主任徐連龍激動地說。
據(jù)介紹,著陸器進入火星大氣層的速度約為21000千米,超高速摩擦將產生上千攝氏度高溫,這對降落傘繩提出了極高要求。
青島海麗雅始建于1922年,由生產女士扎頭繩起家,如今已發(fā)展成為以特種繩纜、應急自救產品研發(fā)生產等為主體的國家高新技術企業(yè),曾先后為中國海洋科考船“大洋一號”、“科學”號、“雪龍”號、載人潛水器“蛟龍”號、大型飛船返回艙等國家重大科研項目定向研發(fā)特種繩纜。
在“落火”過程中,天問一號探測器要以合適的角度切入火星大氣層,角度太小則無法進入大氣層,角度太大又會因為被大氣層過度加熱而燒毀。在再入、下降與著陸過程中,探測器要在7分鐘左右的時間里,將時速從約每小時2萬千米降至0,實現(xiàn)軟著陸。
▲點擊視頻,查看“落火”過程演示動畫 視頻來源:航天科技集團五院
“天問”源自于中國詩人屈原長詩《天問》,表達了中華民族對真理追求的堅韌與執(zhí)著,體現(xiàn)了對自然和宇宙空間探索的文化傳承,寓意探求科學真理征途漫漫和追求科技創(chuàng)新的永無止境。
星空浩瀚無比,探索永無止境,作為現(xiàn)代科學技術的結晶,航天技術對各種科學領域提出更高的要求,對促進這些科學技術的不斷進步發(fā)揮著重要作用。在這些科學領域中,紡織科技為航天提供了新型、優(yōu)質的功能性航天材料,目前航天用的紡織材料,根據(jù)用途可分為機體構造材料、艙內裝飾材料、個體防護材料等等。
機體構造材料
火箭、導彈、衛(wèi)星、飛船上用的紡織材料,它是以紡織品為主的纖維增強型復合材料。
其中主要是碳纖維復合材料,這種材料的特征是高溫環(huán)境下具有高比強度、高比模、耐高溫、耐燒蝕、耐沖擊和化學穩(wěn)定性好的優(yōu)點,如碳纖維復合材料的比模量比例比鋼和鋁合金高五倍,強度高三倍,因而在航天領域被廣泛用作人造衛(wèi)星支架、衛(wèi)星天線、航天飛機用的機翼、固體火箭發(fā)動機的噴管、戰(zhàn)略導彈的末級助推器、載人飛行器和火箭導彈的鼻錐、機器人的外殼等等。
碳纖維復合材料作為宇宙飛船部件的結構材料和熱防護材料,它不僅可以滿足苛刻的環(huán)境要求,而且可以大大減輕部件的質量,提高有效載荷、航程和射程。飛船質量減輕1千克,就可以使運載火箭減輕500千克。又如使用CC復合材料作導彈鼻錐時,除了質量減輕之外,其燒蝕率低、燒蝕均勻,從而明顯提高導彈實防能力和命中率。
艙內裝飾材料
在飛船的返回艙和軌道艙內用的紡織材料,主要是各種耐燃、防靜電的紡織品。
個體防護材料
宇航員和地勤人員的各種防護裝備,如宇航服,它分為艙內航天服和艙外航天服兩種。艙內航天服是航天員在航天器(飛船、空間站、航天飛機)內穿的航天服,它只要求防低壓、防缺氧、耐高溫和低溫,結構較簡單,對材料要求不太高。艙外航天服是航天員出艙,在太空環(huán)境下活動所穿的航天服,它必須提供壓力、熱量、微流量體的防護、氧氣、冷卻水、飲用水、二氧化碳收集、電力和通信等功能,結構復雜,要求極高,它是至今為止要求最高、最昂貴的服裝,其防護功能相當于飛船,要保護航天員免受熱、冷、化學品、微流體、壓力波動等危害,確保航天員的生命安全。
宇航服是一種結構復雜的組合套裝,服裝本體各層的特點是:
1、內衣要求柔軟、舒適、富有彈性、吸濕透氣、不粘皮膚、不影響生理指標的醫(yī)學監(jiān)護、不影響活動,選用純棉或棉麻紡織品。
2、通風層 有三類要求
①保護人體65%~75%的面積,有新鮮空氣流通,并能帶走人體散發(fā)出來的熱量和濕氣;
②通風層結構柔軟而富有彈性;
③通風管阻力要小,它是由聚氯乙烯和棉織成。
3、保暖層要求材料的保暖性好、柔軟、質輕、阻燃、有彈性、不吸水,一般采用經特種整理的羊毛制品或合成纖維制成。
4、氣密限制層
①保持宇航員身體周圍有一定氣壓;
②保障人體活動自如;
③加壓情況下具有一定的外形和容積,能保證與坐姿和座椅形狀一致;
④具有高的氣密性,漏氣量小于250毫升/分;
⑤穿脫方便,氣密層采用錦綸基布涂聚氨酯或氯丁橡膠,限制層采用聚酰胺纖維、聚四氯乙烯纖維或芳綸形成。
5、水冷服
以水為介質通過特制的導管沿人體表面流動,把人體熱量帶走,達到降溫的目的,水冷服流出的水經生命保障系統(tǒng)降溫后再進入水冷服,循環(huán)利用,以保障熱平衡,使人體感到舒適,其結構是錦綸織物上固定內徑為1.5-3毫米,壁厚0.5-1毫米的乙烯乙酸酯的供水管,需要20-80根,管道總長80-120米。沿身體和四肢表面排列,通常水冷服與通風服聯(lián)合使用,已達到供氧、排水、通風和散熱的最佳效果。
航天員身穿水冷服進入低壓艙培訓
6、隔熱層
僅限于艙外航天服使用,其作用是防止過冷或過熱,由五層材料構成,各層材料為涂鋁聚酯或聚酰亞胺稀織物增強薄膜。它能耐-118℃→+113℃的外界溫度,而在宇航服內保持10-43℃。
7、防微流量體/防撕裂層它是宇航服的最外層,要求是:
①耐高溫和低溫,有一定阻燃性;
②耐輻射;
③耐臭氧;
④耐速壓;
⑤耐真空和耐宇宙空間的不利因素(如微粒流、雷電等)的影響;
⑥織物表面要光滑、平整、阻力??;
⑦重量輕延長率低,主要材料是合成纖維織物,如芳綸纖維織物或聚四氟乙烯纖維織物。