一块“嫦娥钢”(嫦娥钢是什么意思)

许婧

一块“嫦娥钢”(嫦娥钢是什么意思)

天问一号“着巡合影”图。田文一号的“徒步旅行合影”图片。

在距离地球3.2亿公里的遥远星球上,在约9分钟内从约20000km/h减速至0,并在陨石、沙尘暴等恶劣环境的威胁下独立完成一系列复杂的着陆动作,在着陆缓冲机制的保护下到达星球表面。

这是探测器登陆火星需要经历的过程。信号从火星到达地球至少需要十分钟,所以无法实时监控。所以这个极其复杂危险的降落过程也被称为“恐怖9分钟”。

迄今为止,人类已经发射了50多颗火星探测器,但只有18颗成功着陆。2021年5月,中国的火星探测器田文一号成功登陆火星表面。

得知这个消息后,中国科学院合肥物质科学研究所(以下简称中科院合肥所)一群人兴奋不已,如释重负。为了保证田文一号的安全软着陆,他们设计了一种基于高吸能合金的缓冲元件,利用其高塑性和高吸能性来吸收着陆过程中的冲击能量。这也是一种高吸能新材料,是在“嫦娥钢”的基础上,通过特殊的组织控制技术形成的。可以说是“嫦娥钢”的“进化型”。

“这是‘嫦娥钢’制作的两种缓冲元件,即拉杆和限力杆。两种缓冲元件安装在探测器的“辅助腿”和探测器与“腿”之间的接头上。”在中科院合肥研究院固体所,助理研究员赵莫迪指着两个部件说,”嫦娥钢看起来和普通钢一样,但它不仅能硬,还能像橡皮筋一样拉长,’软硬兼施’。在田文一号着陆过程中,它们通过自身的伸长和弯曲变形吸收能量,‘牺牲自己’保护探测器顺利着陆。”恐怕很多人都不会想到,像探索月球和火星这样伟大的工程,会与一种材料的研发密切相关。

回溯到2006年,探月二期工程已经进入紧张的工程实施阶段,嫦娥三号在月球表面安全软着陆是探月二期工程的终极目标。如何实现?迫切需要一种新型的缓冲吸能拉杆材料,要求强度适中、塑性突出、单位质量吸能性能优异、环境适应性好。

材料研发关系到设计方案的成败。常规的超塑性合金需要高温才能表现出超塑性,所以不能用于航天器。单晶材料具有优良的塑性,但强度不足;复合材料的强度和韧性可以调节,但塑性不能满足要求…我该怎么办?最终,中科院合肥研究院固体所研究员韩付生率先研制出完全符合设计要求的新型高吸能合金。

“综合分析,设计部门提出的新型缓冲材料极具挑战性,没有固有的经验可循。只能另辟蹊径,从基础研究的源头探索创新之路。”回忆起当时的情景,韩付生仍然记忆犹新。

时间紧,任务重,再难也要克服。历时6年,韩付生的研究团队终于从合金成分设计、晶体结构控制、精密熔炼加工成型技术等研究环节入手,提出了材料技术和产品开发的系统化解决方案。

然而,“长征”只迈出了第一步。在着陆缓冲机构的地面冲击试验中,提交的近2000个试验件中有两个非正常断裂。从科研角度来说,成功率很高,但对于航天任务来说,这类产品的合格率远远达不到要求。

韩付生急于通过分析不合格产品的失败来探究问题的症结所在。模拟实际测试场景,重复熔炼过程再现问题,进而有针对性地采取有效措施,大大提高了产品性能的稳定性,为嫦娥三号、嫦娥四号成功登月和田文一号成功登陆火星做出了重要贡献,真正实现了我国深空空探测器着陆缓冲系统的完全自主化。

近年来,韩付生团队研发了一系列各具特色的“嫦娥钢”,实现了30吨合金的批量冶炼生产;基于“嫦娥钢”的新型航道桥防撞减震结构、直升机防撞起落架、铁路减震器等结构得到推广应用,为航空航天技术服务国民经济主战场做出了贡献。

科学仪器集高科技与先进技术于一身,其承载意义早已超越了对科学目标的追求。从某种程度上说,科学仪器充分体现了一个国家的综合科技实力。

“中科院合肥研究院作为国家科研队伍,主要负责承担国家重大科研任务。科学仪器在这个过程中起着非常重要的作用,围绕科学仪器开展科学研究,完成国家重大专项任务。这个定位是比较明确的。”韩付生说。

为了一块“嫦娥钢”,韩付生攻关了很多年,经历了很多困难,他却说这不算什么。”作为科研人员,每个人都想做好本职工作,做出成绩。”韩付生说,“航天领域的研究意义重大,责任重大,在一定程度上影响着国家战略和国际声誉,因此需要高度的责任感和使命感。我相信这是每一个承担重大科研任务的工作人员应有的意识。”

国家科研机构是国家战略科技实力的重要组成部分。对于中科院合肥研究院来说,培养更多优秀科研人才,加快原始创新源建设,突破关键核心技术,是不断努力的方向。

一块“嫦娥钢”(嫦娥钢是什么意思)

天问一号着陆点全景图。田文一号着陆点全景。

◎来源|人民日报(有删减)

◎图片|新华社

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