一塊“嫦娥鋼”

徐靖

天問(wèn)一號(hào)“著巡合影”圖。

距離地球3.2億公里的遙遠(yuǎn)星球上，在約9分鐘的時(shí)間里，從約2萬(wàn)公里/小時(shí)減速至0，在隕石、沙塵暴等惡劣環(huán)境威脅下自主完成一系列復(fù)雜降落動(dòng)作，在著陸緩沖機(jī)構(gòu)的保護(hù)下抵達(dá)星球表面。

這是探測(cè)器著陸火星所需要經(jīng)歷的過(guò)程。通信信號(hào)由火星傳到地球至少要十幾分鐘，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此，這段異常復(fù)雜危險(xiǎn)的著陸過(guò)程，也被稱為“恐怖9分鐘”。

迄今為止，人類已經(jīng)發(fā)射了50多個(gè)火星探測(cè)器，但只有18次成功登陸。2021年5月，我國(guó)火星探測(cè)器天問(wèn)一號(hào)成功著陸在火星表面。

得知消息，在中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱中科院合肥研究院），有一群人興奮之余，頗覺(jué)寬慰。為保障天問(wèn)一號(hào)安全軟著陸，他們?cè)O(shè)計(jì)了基于高吸能合金的緩沖元件，利用其高塑性和高吸能性吸收著陸時(shí)的沖擊能。這也是在“嫦娥鋼”的基礎(chǔ)上，通過(guò)特殊的組織調(diào)控技術(shù)形成的、具有極高吸能性的新材料，可以說(shuō)是“嫦娥鋼”的“進(jìn)化型”。

“這就是由‘嫦娥鋼’制成的兩種緩沖元件，分別是拉桿和限力桿。兩種緩沖元件被分別安裝在探測(cè)器的‘輔助腿’以及探測(cè)器與‘腿部’的連接處?！痹谥锌圃汉戏恃芯吭汗腆w所，助理研究員趙莫迪指著兩個(gè)元件說(shuō)，“‘嫦娥鋼’外表看上去與普通鋼材并無(wú)二致，但它不僅可以很硬，還能像橡皮筋一樣被拉得很長(zhǎng)，‘既硬又軟’。在天問(wèn)一號(hào)著陸過(guò)程中，它們通過(guò)自身拉長(zhǎng)變形和彎曲變形來(lái)吸收能量，‘犧牲自己’以保護(hù)探測(cè)器順利著陸?！笨峙潞芏嗳硕疾粫?huì)想到，探索月球和火星如此偉大的工程，會(huì)與一種材料的研發(fā)息息相關(guān)。

時(shí)間退回到2006年，探月工程二期已經(jīng)進(jìn)入緊張的工程實(shí)施階段，而實(shí)現(xiàn)嫦娥三號(hào)在月面安全軟著陸是探月工程二期的最終目標(biāo)。如何實(shí)現(xiàn)？急需一種新型緩沖吸能拉桿材料，要求強(qiáng)度適中、塑性突出、單位質(zhì)量吸能優(yōu)異、環(huán)境適應(yīng)性良好。

材料研發(fā)關(guān)系到設(shè)計(jì)方案的成敗。常規(guī)超塑性合金需要高溫才能展現(xiàn)其超塑性，無(wú)法在航天器上應(yīng)用;單晶材料塑性優(yōu)異，但強(qiáng)度不足;復(fù)合材料強(qiáng)韌性可調(diào)，但塑性不能滿足所涉及要求……怎么辦？最終，中科院合肥研究院固體所研究員韓福生率先研究出了完全滿足設(shè)計(jì)要求的新型高吸能合金。

“綜合分析下來(lái)，設(shè)計(jì)部門提出的新型緩沖材料具有極大挑戰(zhàn)性，沒(méi)有固有經(jīng)驗(yàn)可循，只能另辟蹊徑，從基礎(chǔ)研究源頭出發(fā)，探尋創(chuàng)新的路徑。”回想起當(dāng)時(shí)的情況，韓福生依然歷歷在目。

時(shí)間緊，任務(wù)重，再多困難也要克服。從合金成分設(shè)計(jì)、晶體組織調(diào)控、精密熔煉以及加工成型技術(shù)等研制環(huán)節(jié)入手，歷時(shí)6年，韓福生研究團(tuán)隊(duì)終于拿出了材料工藝和產(chǎn)品研制的系統(tǒng)解決方案。

不過(guò)，“萬(wàn)里長(zhǎng)征”才邁出了第一步。在進(jìn)行著陸緩沖機(jī)構(gòu)地面沖擊試驗(yàn)時(shí)，提交的近2000件試驗(yàn)件中有兩件拉桿出現(xiàn)異常斷裂。從科學(xué)研究角度來(lái)講，成功率已非常之高，然而對(duì)于航天任務(wù)，這樣的產(chǎn)品合格率遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。

韓福生鉚足勁頭，從不合格產(chǎn)品的失效分析入手，探尋問(wèn)題癥結(jié);實(shí)際模擬相關(guān)試驗(yàn)場(chǎng)景，重復(fù)熔煉過(guò)程，以復(fù)現(xiàn)問(wèn)題，再有針對(duì)性地采取有效措施，大幅度提高了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性，為嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)圓滿登月，為天問(wèn)一號(hào)圓滿登陸火星做出了重要貢獻(xiàn)，真正實(shí)現(xiàn)了中國(guó)深空探測(cè)器著陸緩沖系統(tǒng)的完全自主化。

近年來(lái)，韓福生團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研發(fā)出不同特性的系列“嫦娥鋼”，并實(shí)現(xiàn)了30噸級(jí)合金批量冶煉生產(chǎn);基于“嫦娥鋼”的新型水路橋梁防撞阻尼結(jié)構(gòu)、直升機(jī)抗墜毀起落架、鐵路減震器等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了推廣應(yīng)用，為航天技術(shù)服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)做出了貢獻(xiàn)。

大科學(xué)裝置集高精尖技術(shù)于一身，其承載的意義早已不止追求科學(xué)目標(biāo)本身。從一定程度上說(shuō)，大科學(xué)裝置充分體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的綜合科技實(shí)力。

“作為科研國(guó)家隊(duì)，中科院合肥研究院以承擔(dān)國(guó)家重大科研任務(wù)為主，大科學(xué)裝置在這個(gè)過(guò)程中地位十分重要，圍繞大科學(xué)裝置開展科研攻關(guān)，完成國(guó)家重大專項(xiàng)任務(wù)，這個(gè)定位比較明確。”韓福生說(shuō)。

為了一塊“嫦娥鋼”，韓福生攻關(guān)多年，歷經(jīng)諸多艱難，但他說(shuō)沒(méi)什么?！白鳛榭蒲腥藛T，每個(gè)人都希望把自己的工作做好，做出成果?！表n福生說(shuō)，“航天領(lǐng)域的研究意義大、責(zé)任重，一定程度上影響國(guó)家戰(zhàn)略和國(guó)際聲譽(yù)，所以需要高度的責(zé)任感和使命感，我相信這是每一個(gè)承擔(dān)重大科研任務(wù)的工作人員都應(yīng)該有的覺(jué)悟。”

國(guó)家科研機(jī)構(gòu)是國(guó)家戰(zhàn)略科技力量的重要組成部分，對(duì)于中科院合肥研究院來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)更多優(yōu)秀的科研人員，加快建設(shè)原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，就是一直努力的方向。

天問(wèn)一號(hào)著陸點(diǎn)全景圖。

◎ 來(lái)源|人民日?qǐng)?bào)（有刪減）

◎ 圖片|新華社