探秘“天問一號”成功降落火星背后的紡織力量！

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中著陸火星取得成功。

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?！俺羲俳德鋫闶菧p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。天問一號打開降落傘進行傘系減速，當速度降至100m/s時，天問一號才通過反推發(fā)動機進行減速。

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(chǎn)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?！翱吹健靻栆惶枴鹦翘綔y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，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21000km，超高速摩擦將產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)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。

“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。

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，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1kg，就可以使運載火箭減輕500kg。又如使用CC復合材料作導彈鼻錐時，除了質量減輕以外，其燒蝕率低、燒蝕均勻，可明顯提高導彈實防能力和命中率。

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。

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3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，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(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，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(jīng)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1．5～3mm，壁厚0．5～1mm的乙烯乙酸酯的供水管，需要20～80根，管道總長80～120m，沿身體和四肢表面排列。通常水冷服與通風服聯(lián)合使用，以達到供氧、排水、通風和散熱的最佳效果。

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，使阻力?。?/p>

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。