“天问一号”火星车（资料图）
中国网4月9日讯 （记者 吴婧 通讯员 田少星）20世纪60年代起，人类就开始不断地向火星发射探测器，火星探测成为航天强国的重要标志之一，在此科学浪潮中，又岂能少了中国的身影？“天问一号”计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆，开展巡视探测。在“天问一号”火星探测器中，使用了我国独立自主研发的多项“黑科技”，其中，火星车采用了一种新型隔热保温材料——纳米气凝胶，它将分别用来应对“极热”和“极寒”两种严酷环境，同时凭借其超轻的特性极大地减小了火星车的负担，让它跑得更快，跑得更远。
探秘神奇气凝胶诞生地——中国航天科工三院306所
306所副所长张昊研究员带领团队讲解纳米气凝胶 中国网记者吴婧 摄
306所副所长张昊研究员介绍说，纳米气凝胶是一种并不被大众熟知的神奇材料。它是由纳米尺度的固体骨架构成的一个三维立体网络，其密度可以做到比空气还轻，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。把10克气凝胶材料完全铺展开，它拥有的表面就可以覆盖一个标准足球场。这些特殊的性能，让气凝胶先后收获了十几项吉尼斯世界纪录。这使它成为“天问一号”应对极寒、极热等严酷环境所需热防护材料的不二之选。
世界上最轻的固体纳米气凝胶放在鲜花上 中国网记者吴婧 摄
306所作为航天科工集团特种材料及工艺技术研究中心，以科技强军，航天报国为使命，大力发展航天装备用特种材料，早在2005年就通过对热防护材料技术体系的追踪和研判，敏锐的捕捉到气凝胶材料未来将在空天领域有巨大的应用前景。也就在这个时候，306所果断开始自主投入，成为国内最早开展气凝胶材料研究的单位之一。
中国航天科工三院306所高性能气凝胶合成实验室 中国网记者吴婧 摄
所以，当2014年了解到火星探测关于热防护的需求时，306所已在气凝胶领域深耕了近10年。迈过了从0到1，组建团队、构建试验室、搭建工程装备的初创期，气凝胶也早已从试验室的瓶瓶罐罐，巴掌大的样品到通过关键型号高温试验考核的稳定构件。随着航天装备一次次冲上蓝天，此时306所的气凝胶材料已正式走到了舞台的中央。并且经过前期扎实的基础研究，技术团队已经掌握了气凝胶结构可控制备和工程应用的全套技术，先后发展了中温型、高温型等几个系列气凝胶产品。
不言放弃 艰苦攻关
306所第五技术部副主任刘圆圆、技术员高翠雪共同讲解气凝胶制作的真空隔热板在天舟一号、天舟二号中的用途。 中国网记者吴婧 摄
气凝胶材料在长征五号系列火箭上主要应用于发动机高温燃气系统的隔热。在“天舟一号”、“天舟二号”任务中，气凝胶被制成真空隔热板安装在低温锁柜中，在飞船中搭建了超级冰箱。
306所材料测试中心副主任张丽娟展示火星车上使用的气凝胶隔热板的导热系数测试 中国网记者吴婧 摄
“天问一号”上一共应用了两种气凝胶材料，分别用来应对“极热”和“极寒”。“极热”考验出现在火星着陆阶段，着陆发动机产生的热量使周围的温度超过1000℃，隔热组件能够阻隔高温，仅仅10mm左右的材料就能够在整个着陆过程让它身后的温度处于可接受的范围，就像消防员身上穿的防火服。“极寒”考验出现在火星巡视阶段，我们在火星车的表面铺设了大面积的气凝胶板，能够确保火星车在-130℃的环境正常工作，就像登山运动员身上穿的防寒服。为了给火星车减负，让它“跑”得更快，“跑”得更远，上述使用的都是超低密度的气凝胶，其密度只有15mg/cm3，同等体积下，重量只有钢的1/500，铝的1/180，水的1/60。
306所副所长研究员张昊利用高温热台和红外成像展示气凝胶材料的优异隔热性能----中国网记者吴婧 摄
航天产品首要要求就是质量可靠，为了确保万无一失，“天问一号”上用到的两种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四大类总共98项试验测试。而且每一项试验都需要经过多个批次的重复验证。最终，306所研发的高性能气凝胶材料如期赶上了飞往火星的航班。
团队创新无止境
长征五号系列火箭上用于发动机高温燃气系统的隔热的气凝胶材料（左）、“天舟一号”安装在低温锁柜的气凝胶做成真空隔热板（右） 中国网记者吴婧 摄
九层之台起于垒土。306所气凝胶研制团队在面对一次又一次急难险重任务，经历一次又一次从“0”到“1”的创造过程中，也收获了一个个的认可和荣誉。研发的多系列气凝胶产品在二十几型航天装备上获得了应用，研究成果先后获得国家科技进步奖、国防技术发明奖和中国专利金奖等。如今306所的气凝胶研发团队已经拥有海归和双一流高校硕士博士三十余人，研究方向延展出了十几个分支，拥有完整的自主知识产权体系，成熟产品有二十几个牌号，遍及国防和民用两个市场，年均直接经济效益超过2亿元。
更高性能 更多功能
面向十四五，团队提出了“更高性能、更多功能”的研发目标。面对航空航天战略需求，能够耐受更高温度、具有更好隔热性能的气凝胶材料，具有光电磁等特殊功能的气凝胶材料都在研发当中；高性能隔热复合材料不仅能“上九天揽月”，服务于航空航天高端领域。面向国民经济主战场，团队还非常重视高性能复合材料技术向民用市场的转化，如在超级节能冰箱中的应用研究、研制的气凝胶防寒服、防寒靴被誉为新一代超轻超保暖产品。同时，布局了高性能气凝胶在新能源汽车、防火装备、工业保温、建筑节能等领域的扩大应用，更好地服务于国计民生，为碳达峰和碳中和做出贡献。
