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(yù)選著陸區(qū)，我國首次火星探測任務(wù)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(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減速。“超音速降落傘是減速技術(shù)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。”航天科技集團(tuán)五院天問一號探測器總體主任設(shè)計師王闖介紹。天問一號打開降落傘進(jìn)行傘系減速，當(dāng)速度降至100m/s時，天問一號才通過反推發(fā)動機(jī)進(jìn)行減速。

青島海麗雅集團(tuán)有限公司為“天問一號”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(yàn)。這兩項工作都作用于探測器進(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(wù)。”青島海麗雅集團(tuán)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(nèi)心非常激動，這也是我們預(yù)期的結(jié)果。”5月15日一大早，徐連龍激動地說。

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”、“科學(xué)”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(jìn)入大氣層，角度太大又會因?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(shí)現(xiàn)軟著陸。

“天問”源自于中國詩人屈原長詩《天問》，表達(dá)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(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)對各種科學(xué)領(lǐng)域提出更高的要求，對促進(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)動機(jī)的噴管、戰(zhàn)略導(dǎo)彈的末級助推器、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，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(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，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，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，使阻力小；

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。