天問一號探測器于2020年7月23日在中國文昌航天發(fā)射場由長征五號運載火箭發(fā)射升空，開啟奔向火星的征程，已累計飛行258天，成功完成地月合照、探測器“自拍”、中途修正、深空機動、載荷自檢等工作。那么目前天問一號在做什么呢？天問一號已進入停泊軌道運行，開展預選著陸區(qū)探測，各系統(tǒng)狀態(tài)良好，計劃于2021年5月至6月?lián)駲C實施火星著陸，開展巡視探測。

　　天問一號任務是我國獨立開展行星際探測的第一步，將通過一次發(fā)射實現(xiàn)對火星的“繞、著、巡”，即火星環(huán)繞、火星著陸、火面巡視，這是世界航天史上還沒有過的先例。

　　在天問一號火星探測器中，使用了我國獨立自主研發(fā)的多項“黑科技”，其中，火星車使用的熱控材料是新型隔熱保溫材料——納米氣凝膠，它將分別用來應對“極熱”和“極寒”兩種嚴酷環(huán)境，并且超輕特性極大地減小了火星車的負擔，讓它跑的更快，跑的更遠。

　　納米氣凝膠，到底有何神奇之處？小新帶你一探究竟——

　　氣凝膠是什么

　　氣凝膠是一種具有納米孔隙結構的輕質材料，被科學界譽為“改變世界的神奇材料”。它是由納米尺度的固體骨架構成的一個三維立體網(wǎng)絡，網(wǎng)絡結構間包含著豐富的納米孔隙，孔隙率可以高達99.8%。由于它的骨架結構是納米尺度的，可見光可以從中間穿過，同時會發(fā)生瑞利散射，讓最常見的二氧化硅氣凝膠肉眼看上去像是被凍住的藍色煙霧，這和天空呈現(xiàn)藍色的原理是一樣，所以它還有一個很好聽的綽號，叫做“藍煙”。

　　氣凝膠有什么特性

　　世界上最輕的固體：特殊的孔隙結構為氣凝膠帶來了獨特的性能，它的密度極低，甚至比同體積的空氣更輕，是世界上最輕的固體。來自中國航天科工三院306所的實驗人員通過一個小實驗展示了氣凝膠“輕”的特性。把一塊氣凝膠放置在一個新鮮的花蕾上，因為氣凝膠本身是非常輕的，因此不會對花蕾造成任何的影響。

　　導熱系數(shù)最低的固體：由于孔隙率極高且孔結構復雜，氣凝膠孔內沒有空氣對流，使其同時具有極低的氣相與固相熱傳導率。因此，具有輕質高效隔熱性能的氣凝膠材料在空間狹小、發(fā)射成本高昂的航空航天領域具有極高的應用價值。

　　氣凝膠材料用于阻隔熱量的時候，它纖細的骨架讓熱量傳導變得非常困難，相當于讓熱量沿著羊腸小道在三維網(wǎng)絡上走迷宮；而大量的納米孔隙就像一個一個單獨的房間，把單個的氣體分子關起來，讓氣體分子既不能流動也不能彼此接觸，能夠把對流傳熱消于無形。

　　氣凝膠在天問一號上的應用

　　天問一號一共應用了兩種氣凝膠材料，分別用來應對“極熱”和“極寒”。

　　“極熱”考驗出現(xiàn)在火星著陸階段，著陸發(fā)動機產(chǎn)生的熱量使周圍的溫度達到1200℃，隔熱組件能夠阻隔高溫，僅僅12mm的材料就能夠在整個著陸過程讓它身后的溫度低于110℃。就像消防員身上穿的防火服。

　　“極寒”考驗出現(xiàn)在火星巡視階段，我們在火星車的表面鋪設了面積約1㎡的氣凝膠板，能夠確?；鹦擒囋?130℃的環(huán)境正常工作。就像登山運動員身上穿的防寒服。

　　“極輕”的考驗，為了給火星車減負，讓它“跑”的更快，“跑”的更遠。這里使用的是超低密度的氣凝膠，自身的密度只有15mg/cm3，同等體積下，重量只有鋼的1/500，鋁的1/180，水的1/60。

　　選擇這種材料一是因為它在密度、耐溫性能和隔熱性能等方面有先天的優(yōu)勢，二是它能夠通過微觀結構的調控，實現(xiàn)性能的差異化，把某一方面的性能優(yōu)勢進一步發(fā)揮到極致，也就是讓長板更長。

　　氣凝膠在今年空間站任務中的其他應用

　　在空間站的搭建和運行過程中，氣凝膠材料會隨長征五號系列火箭、天舟二號貨運飛船執(zhí)行運輸任務。

　　氣凝膠材料在航天領域已經(jīng)獲得了廣泛的應用，涉及到的航天裝備超過三十個型號，已經(jīng)遍及低空、高空、臨近空間和深空的各類飛行器。

　　比如，氣凝膠在長征五號、天舟一號早有應用。在長征五號系列火箭上主要應用于發(fā)動機高溫燃氣系統(tǒng)的隔熱。在天舟一號任務中，把氣凝膠做成真空隔熱板安裝在低溫鎖柜中，在飛船中搭建了超級冰箱。

　　氣凝膠在航天領域的發(fā)展歷程

　　隨著我國大力發(fā)展航天事業(yè)，傳統(tǒng)的熱防護材料已經(jīng)無法滿足航天裝備日新月異的需求。這時候航天科工的科研人員從文獻中找到了氣凝膠這樣一種陌生又神奇的材料。通過對技術體系的追蹤和研判，他們敏銳的捕捉到這種前沿材料未來可能會有巨大的應用前景。也就在這個時候，航天科工306所開始自主投入，成為國內最早開展氣凝膠材料研究的單位之一。

　　整個發(fā)展歷程大致可以分為三個階段：

　　第一個階段是2005～2010年，這是萌發(fā)期。這是從0到1的時期，組建團隊、構建試驗室、搭建小試和中試工程裝備，從試驗室的瓶瓶罐罐，到巴掌大的樣品；從第一套敷設了氣凝膠隔熱層的設備艙通過高溫試驗考核，再到隨著航天裝備沖上藍天，306所的氣凝膠材料正式進入了太空。

　　第二個階段是2010～2018年，這是成熟期。經(jīng)過了前期扎實的基礎研究，技術團隊已經(jīng)掌握了氣凝膠結構可控制備和工程應用的全套技術，先后發(fā)展了中溫型、高溫型等幾個系列氣凝膠產(chǎn)品，在二十幾型航天裝備上獲得了應用。研究成果先后獲得國家科技進步二等獎、國防技術發(fā)明一等獎和中國專利金獎。

　　第三個階段是2018年到現(xiàn)在，開始進入收獲期。如今氣凝膠研究方向延展出了十幾個分支，擁有完整的自主知識產(chǎn)權體系，成熟產(chǎn)品有二十幾個牌號，遍及國防和民用兩個市場。