20世纪60年代起，人类就开始不断地向火星发射探测器，火星探测能力成为航天强国的重要标志之一。

天问一号任务是我国独立开展行星探测的第一步，通过一次发射便实现了对火星的“绕、着、巡”，即火星环绕、火星着陆、火面巡视。在“天问一号”火星探测器中，使用了我国独立自主研发的多项“黑科技”，其中就包括火星车用隔热材料——纳米气凝胶，它可有效应对“极热”和“极寒”等严酷环境，其超轻特性极大地减小了火星车的负担，让火星车跑得更快，跑得更远。

神奇气凝胶 脱颖而出

纳米气凝胶是一种并不被大众熟知的神奇材料。它是由纳米尺度的固体骨架构成的一个三维立体网络，它的密度可以做到比空气还轻，是世界上最轻的固体；导热系数仅为静止空气的一半，是导热系数最低的固体，这使它成为“天问一号”应对极寒、极热等严酷环境所需热防护材料的不二之选。

中国航天科工三院306所早在2005年就敏锐地捕捉到气凝胶材料在空天领域有巨大的应用前景，并开始自主投入，成为国内最早开展气凝胶材料研究的单位之一。当2014年火星探测提出对热防护的高要求时，气凝胶研制早已迈过了从0到1，组建团队、构建试验室、搭建工程装备的初创期，气凝胶也从试验室的瓶瓶罐罐，巴掌大的样品成为通过关键型号高温试验考核的稳定构件。经过前期扎实的基础研究，技术团队已经掌握了气凝胶结构可控制备和工程应用的全套技术，先后发展了多型号的气凝胶产品。

永不言弃 艰苦攻关

虽然有足够的技术和经验积累，但面对“天问一号”新的严酷使役环境，气凝胶团队还是碰上了“硬茬”。火星着陆阶段，着陆发动机产生的热量使周围的温度达到1000℃以上，“极热”考验超出了当时世界上气凝胶材料的耐温极限。“极寒”考验则出现在火星巡视阶段，要能够确保火星车在-130℃的环境正常工作，更难的是，为了给火星车减负，需要气凝胶具有超低密度，这对材料设计和制备都提出了巨大的挑战。

如果说科学发现还有灵光乍现的幸运，那科学规律的探究和工程应用没有捷径，气凝胶研发团队尝试了上百种配方，把几十个工艺参数化整为零，开展了大量的验证试验，经历一次次失败，一次次从头再来，终于解决了原理性问题。为了确保万无一失，“天问一号”上用到的两种气凝胶材料先后经过了物理特性、力学性能、隔热性能和空间环境耐候性能等四大类总共98项试验测试且每一项试验都经过多个批次的重复验证。最终，该团队研发的高性能气凝胶材料如期赶上了飞往火星的航班。

仅仅10mm左右厚度的隔热组件能够在整个着陆过程中将上千摄氏度的高温阻隔到可接受的温度范围，就像消防员身上穿的防火服；通过在火星车表面铺设大面积的气凝胶板，就像登山运动员身上穿的防寒服，不仅阻隔了环境的超低温，而且同等体积下，重量只有钢的1/500，铝的1/180，水的1/60。

创新无止境 再创辉煌

九层之台起于垒土。气凝胶研制团队在面对一次又一次急难险重任务，经历一次又一次从“0”到“1”的创造过程中，也收获了一个个认可和荣誉。团队研发的多系列气凝胶产品在二十几型航天装备上获得了应用，研究成果先后获得国家科技进步奖、国防技术发明奖和中国专利金奖等。气凝胶材料的应用领域也逐渐拓展开来，例如作为长征五号系列火箭的发动机燃气系统的隔热材料，又如被制成真空隔热板用在“天舟一号”货运飞船的低温锁柜中……

如今，该气凝胶研发团队已将研究方向延展出了十几个分支，产品遍及国防和民用两个市场，年均直接经济效益超过2亿元。面向十四五，团队提出了“更高性能和更多功能”的目标，为下一个十年的空天征途续写新的辉煌篇章。

【责任编辑：家正】