紧急攻关14个月,助力天问一号度过“魔鬼9分钟”

2021-05-18 02:33:00 科技日报

吴岩 科技日报记者 刘志伟 通讯员 刘弋

5月17日,记者从武汉纺织大学获悉,该校徐卫林教授带领团队研制的“火星探测器耐高温弹性密封装置”,为探测器姿态调整提供了重要保障,助力“天问一号”成功登陆火星。

该装置由中国航天科技集团第五研究院委托武汉纺织大学研制。2019年初,徐卫林团队接到紧急任务,紧急攻关14个月,圆满完成任务。

徐卫林介绍,探测器在火星表面软着陆所用的9分钟被称为“魔鬼9分钟”,风险很大、技术难度很高。当探测器抛掉大底和背罩,露出着陆平台和火星车时,大推力发动机开始工作,探测器观察地面,寻找最安全的具体着陆地点,此时,巡视器上12台姿控发动机配合主发动机起到减速和姿态调整作用。

“‘火星探测器耐高温弹性密封装置’就装配在姿控发动机喷口尾管和导流锥管连接处,阻隔、密封姿控发动机喷口产生的1500℃高温,保障姿控发动机喷口尾管和导流锥管的弹性连接。”徐卫林说。

这意味着该装置既需耐超高温,又要具备良好的弹性。而在此之前,它还要被长期压缩——12台姿控发动机在着陆过程中,按照智能化程序设置,根据姿态调整需要,间歇式独立工作累计时长约2-3分钟,“火星探测器耐高温弹性密封装置”材料要能耐受发动机此时1500℃高温火焰冲刷。同时,该装置在姿控发动机间歇式工作期间,需要在高温环境下,弹开压缩不断循环交替时始终保持密封。

研制期间,材料选用成为团队的首要技术难题。当时,市面上不存在经1年长期压缩后,既耐1500℃高温火焰短时冲刷,又能保证100%回弹性的材料。

团队查阅大量文献,尝试多种方案和实验后发现,有机材料均无法满足此功能,只能选用无机材料,但无机材料在高温条件下无法保证100%的回弹性。

此时,团队创新性提出将隔热与弹性功能分离的设计方案,使用特种无机纤维材料与金属材料复合编织,保证装置稳定性,同时采用波形弹簧有效解决100%稳定回弹难题,最终达到所要求的技术指标。

“我们非常珍惜每一次难得的机会,只要是接手的任务,必须全力以赴!” 徐卫林说,异形三维纺织制品的成型是世界性技术难题,团队在材料编织过程中同样遇到了瓶颈,无机纤维材料和金属材料难以混编,且无经验可循,于是团队“量体裁衣”自制模具,配合手工编织,一举攻克。

据悉,此次并非武汉纺织大学首次参与国家重大航天项目。去年嫦娥五号成功登陆月球,在月面所展示的中国国旗也由该校研发。(受访单位供图)

编辑:张爽

审核:岳靓