2021年5月15日7時(shí)18分,天問一號(hào)火星探測(cè)器在環(huán)火軌道環(huán)繞了3個(gè)多月后,成功著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū),我國首次火星探測(cè)任務(wù)中著陸火星取得成功。
整個(gè)著陸過程中,每個(gè)動(dòng)作都必須環(huán)環(huán)相扣,精準(zhǔn)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(hào)減速?!俺羲俳德鋫闶菧p速技術(shù)中難度最大的一個(gè)環(huán)節(jié),天問一號(hào)在使用降落傘時(shí)要保證在超音速、低密度、低動(dòng)壓下打開,而這個(gè)過程存在開傘困難、開傘不穩(wěn)定等問題?!焙教炜萍技瘓F(tuán)五院天問一號(hào)探測(cè)器總體主任設(shè)計(jì)師王闖介紹。天問一號(hào)打開降落傘進(jìn)行傘系減速,當(dāng)速度降至100m/s時(shí),天問一號(hào)才通過反推發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速。
青島海麗雅集團(tuán)有限公司為“天問一號(hào)”提供著陸傘繩連接技術(shù)、研發(fā)并提供特種彈性繩索,以用于著陸器耐沖擊試驗(yàn)。其中傘繩連接技術(shù)通過“自鎖”的方式解決了探測(cè)器著陸傘在打開時(shí)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(yàn)。這兩項(xiàng)工作都作用于探測(cè)器進(jìn)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(cè)器著陸的一瞬間對(duì)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(huì)產(chǎn)生斷裂,探測(cè)器也將無法完成后續(xù)任務(wù)?!鼻鄭u海麗雅集團(tuán)有限公司副總工程師徐連龍說?!翱吹健靻栆惶?hào)’火星探測(cè)器成功著陸,內(nèi)心非常激動(dòng),這也是我們預(yù)期的結(jié)果。”5月15日一大早,徐連龍激動(dòng)地說。
據(jù)介紹,著陸器進(jìn)入火星大氣層的速度約為21000km,超高速摩擦將產(chǎn)生上千攝氏度高溫,這對(duì)降落傘繩提出了極高要求。
青島海麗雅始建于1922年,由生產(chǎn)女士扎頭繩起家,如今已發(fā)展成為以特種繩纜、應(yīng)急自救產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)等為主體的國家高新技術(shù)企業(yè),曾先后為中國海洋科考船“大洋一號(hào)”、“科學(xué)”號(hào)、“雪龍”號(hào)、載人潛水器“蛟龍”號(hào)、大型飛船返回艙等國家重大科研項(xiàng)目定向研發(fā)特種繩纜。
在“落火”過程中,天問一號(hào)探測(cè)器要以合適的角度切入火星大氣層,角度太小則無法進(jìn)入大氣層,角度太大又會(huì)因?yàn)楸淮髿鈱舆^度加熱而燒毀。在再入、下降與著陸過程中,探測(cè)器要在7分鐘左右的時(shí)間里,將時(shí)速從約每小時(shí)2萬千米降至0,實(shí)現(xiàn)軟著陸。
“天問”源自于中國詩人屈原長(zhǎng)詩《天問》,表達(dá)了中華民族對(duì)真理追求的堅(jiān)韌與執(zhí)著,體現(xiàn)了對(duì)自然和宇宙空間探索的文化傳承,寓意探求科學(xué)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(xué)技術(shù)的結(jié)晶,航天技術(shù)對(duì)各種科學(xué)領(lǐng)域提出更高的要求,對(duì)促進(jìn)這些科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)揮著重要作用。在這些科學(xué)領(lǐng)域中,紡織科技為航天提供了新型、優(yōu)質(zhì)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(jī)體構(gòu)造材料、艙內(nèi)裝飾材料、個(gè)體防護(hù)材料等等。
火箭、導(dǎo)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(qiáng)型復(fù)合材料。其中主要是碳纖維復(fù)合材料,這種材料的特征是高溫環(huán)境下具有高比強(qiáng)度、高比模、耐高溫、耐燒蝕、耐沖擊和化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),如碳纖維復(fù)合材料的比模量比例比鋼和鋁合金高五倍,強(qiáng)度高三倍,因而在航天領(lǐng)域被廣泛用作人造衛(wèi)星支架、衛(wèi)星天線、航天飛機(jī)用的機(jī)翼、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管、戰(zhàn)略導(dǎo)彈的末級(jí)助推器、載人飛行器和火箭導(dǎo)彈的鼻錐、機(jī)器人的外殼等等。
碳纖維復(fù)合材料作為宇宙飛船部件的結(jié)構(gòu)材料和熱防護(hù)材料,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(zhì)量,提高有效載荷、航程和射程。飛船質(zhì)量減輕1kg,就可以使運(yùn)載火箭減輕500kg。又如使用CC復(fù)合材料作導(dǎo)彈鼻錐時(shí),除了質(zhì)量減輕以外,其燒蝕率低、燒蝕均勻,可明顯提高導(dǎo)彈實(shí)防能力和命中率。
在飛船的返回艙和軌道艙內(nèi)用的紡織材料,主要是各種耐燃、防靜電的紡織品。
宇航員和地勤人員的各種防護(hù)裝備,如宇航服,它分為艙內(nèi)航天服和艙外航天服兩種。艙內(nèi)航天服是航天員在航天器(飛船、空間站、航天飛機(jī))內(nèi)穿的航天服,它只要求防低壓、防缺氧、耐高溫和低溫,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,對(duì)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(dòng)所穿的航天服,它必須提供壓力、熱量、微流量體的防護(hù)、氧氣、冷卻水、飲用水、二氧化碳收集、電力和通信等功能,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,要求極高,它是至今為止要求最高、最昂貴的服裝,其防護(hù)功能相當(dāng)于飛船,要保護(hù)航天員免受熱、冷、化學(xué)品、微流體、壓力波動(dòng)等危害,確保航天員的生命安全。
宇航服是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的組合套裝,服裝本體各層的特點(diǎn)是:
1.內(nèi)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(biāo)的醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)、不影響活動(dòng),選用純棉或棉麻紡織品。
2.通風(fēng)層。有3類要求:
①保護(hù)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(fēng)層結(jié)構(gòu)柔軟而富有彈性;
③通風(fēng)管阻力要小,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(zhì)輕、阻燃、有彈性、不吸水,一般采用經(jīng)特種整理的羊毛制品或合成纖維制成。
4.氣密限制層。有5類要求:
①保持宇航員身體周圍有一定氣壓;
②保障人體活動(dòng)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250ml/min;
⑤穿脫方便,氣密層采用錦綸基布涂聚氨酯或氯丁橡膠制成,限制層采用聚酰胺纖維、聚四氯乙烯纖維或芳綸制成。
5.水冷服
以水為介質(zhì),通過特制的導(dǎo)管沿人體表面流動(dòng),把人體熱量帶走,達(dá)到降溫的目的,水冷服流出的水經(jīng)生命保障系統(tǒng)降溫后再進(jìn)入水冷服,循環(huán)利用,以保障熱平衡,使人體感到舒適。其結(jié)構(gòu)是錦綸織物上固定內(nèi)徑為1.5~3mm,壁厚0.5~1mm的乙烯乙酸酯的供水管,需要20~80根,管道總長(zhǎng)80~120m,沿身體和四肢表面排列。通常水冷服與通風(fēng)服聯(lián)合使用,以達(dá)到供氧、排水、通風(fēng)和散熱的最佳效果。
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5層材料構(gòu)成,各層材料為涂鋁聚酯或聚酰亞胺稀織物增強(qiáng)薄膜,它能耐-118~+113℃的外界溫度,而在宇航服內(nèi)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,使阻力??;
⑦重量輕、延長(zhǎng)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。