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材料学院科学家助力人类首次登陆月球背面 为人类在月背留下第一道印迹贡献交大智慧[图]
发布日期:2019/1/3 17:14:14 阅读次数:211466

2019年1月3日上午10点26分,“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区,并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图,揭开了古老月背的神秘面纱。此次任务实现了人类探测器首次月背软着陆,首次月背与地球的中继通信,开启了人类月球探测新篇章。习近平总书记在2019年的新年贺词中,专门提到“嫦娥四号”卫星。“嫦娥四号”着陆后,巡视器随即进行分离,“玉兔二号”月球车在月球背面留下了“人类首次行走”足迹,成功开启在月球背面的巡视探测任务。这一伟大壮举中也有着上海交大材料技术的应用与支撑。

 

 “嫦娥四号”准备降落

“嫦娥四号”降落

“嫦娥四号”成功软着陆

月球背面照片

 

  “玉兔二号”月球车抵达月球表面

 

 

  “玉兔二号”月球车留下人类在月球背面首行行走足迹

 

上海交大材料科学家成功助力“人类首次登陆月球背面”,彰显交大智慧

上海交通大学材料科学与工程学院复合材料研究所、金属基复合材料国家重点实验室张荻教授、欧阳求保教授团队研制的高性能SiC增强铝基复合材料为“嫦娥四号”探测器在月球背面软着陆、“玉兔二号”月球车在月球背面巡视探测等提供材料和部件支撑,为中国迈向空间时代贡献力量。

科学家们为“嫦娥四号”构建“金刚不坏之身”

 

SiC-AI复合材料的基础研究

团队研制的高性能SiC增强铝基复合材料应用于“嫦娥四号”探测器中四个关键载荷,包括激光测距仪、三维成像仪、红外光谱仪等星载光学仪器中的镜筒、光学底板、框架等12种关键构件。星载光学仪器的任务要求其必须具有很高的分辨率和稳定的光学性能,这就要求对结构与器件进行优化设计时,所用材料必须具有足够的尺寸稳定性和良好的刚性等优异的综合性能。均要求具有很高的分辨率和稳定的光学性能,传统材料难以满足它们的性能要求。

团队研制的SiC颗粒增强铝基复合材料具备轻质、高刚性、高尺寸稳定的特点,可满足载荷结构轻量化、不变形、尺寸稳定的需求,解决了星载仪器高分辨率和高稳定性的难题,为“嫦娥四号”的运行和完成各项科学探测任务提供重要支撑。

科学家们为“玉兔二号”打造“超级风火轮”

“玉兔二号”月球车轮子外侧由SiC颗粒增强铝基复合材料制成的棘爪

月球车在月面上开展巡视工作,要面临恶劣复杂的空间环境和复杂未知的地形地貌的考验,面对人类从未探知的月球背面,月球车要经历复杂未知的地形地貌、恶劣复杂的空间环境的严酷考验,如“昼夜”超过300℃的温差导致构件产生热应力及热变形、月球车在行走时要承受各种碰撞、挤压、摩擦、磨损等。登陆月球背面的过程会非常曲折,任何细小的失误都会引发一连串的问题,严重的甚至能导致登月失败。用于主要与月球表面接触的行走机构棘爪是月球车开展月球移动探测的关键和难题之一。团队研制的由SiC颗粒增强铝基复合材料制成的行走棘爪,成功应用于“玉兔二号”月球车。SiC颗粒增强铝基复合材料具有重量轻、高刚度、高耐磨、耐冲击、尺寸稳定等特点,能够承受月球表面各种苛刻复杂的服役工况条件,为“玉兔二号”月球车在月球背面行走保驾护航。

 

团队研制的铝基复合材料及其产品,长期、多次成功应用于中国探月工程

上海交通大学材料科学与工程学院复合材料研究所、金属基复合材料国家重点实验室张荻教授、欧阳求保教授所带领的研究团队对铝基复合材料开展了长期、系统和深入的基础和应用基础研究,已成为我国轻质高强铝基复合材料主要研发和制造基地。科技部官网曾这样评价该团队:金属基复合材料国家重点实验室的研究团队对铝基复合材料开展了长期、系统和深入的基础和应用基础研究,已成为我国轻质高强铝基复合材料主要研发和制造基地,为我国高科技发展和维护国家安全做出了重要贡献。

该研究团队针对制约我国航天用非连续增强金属基复合材料制备科学中复合调控难、界面匹配难、形变加工难三个难点,开展了长期的、深入的系统研究。所研制的SiC增强铝基复合材料性能达到国际领先水平,已获得国家发明专利20余项。并建立了国内首个航天用铝基复合材料技术标准,以及国家标准,形成了高性能铝基复合材料的批量、多品种研制和生产能力,并成功推广应用,为我国高科技发展和维护国家安全做出了重要贡献。

在支撑此次“嫦娥四号”探测器登陆月球背面任务之前,SiC颗粒增强铝基复合材料已先后多次在探月工程、载人航天工程等航天重大工程中成功应用,并不断扩大应用数量和范围。

 “嫦娥二号”探测器

2010年10月1日发射的“嫦娥二号”探测器,成功应用3种构件。“嫦娥二号”卫星是探月二期工程的技术先导星,其主要目的是为“嫦娥三号”任务实现月球软着陆进行部分关键技术试验。嫦娥二号“是我国探月计划三部曲”绕、落、回“中的绕阶段第二颗绕月探测器,在整个绕月以及后期的”再就业“探测任务中,”嫦娥二号“取得了大量的科研成果,并且成为中国深空探测史上走得最远的探测器,在燃料耗尽后成为了环绕太阳轨道的人造天体。

“嫦娥三号”探测器

“玉兔号”月球车

2013年12月发射的“嫦娥三号”探测器,共计12种构件成功应用于3种载荷,并成功应用于“玉兔号”月球车行走机构棘爪构件。作为我国探月二期工程的主任务,“嫦娥三号”探测器是我国航天器首次在地球以外天体实现软着陆和巡视探测活动,是“探月工程”绕、落、回“三步走中承前启后的关键一步。金属基复合材料国家重点实验室为我国探月工程研制了多种高性能铝基复合材料及构件,并成功应用于“玉兔号”月球车的移动分系统和“嫦娥三号”光学系统,为国家航天科技发展做出贡献。

 “天宫二号”飞船

2016年10月19日发射的“天宫二号”飞船,成功应用45种200余件SiC颗粒增强铝基复合材料构件。这是继天宫一号后中国自主研发的第二个空间实验室,也是中国第一个真正意义上的空间实验室,将用于进一步验证空间交会对接技术及进行一系列空间试验。天宫二号主要开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验,包括释放伴飞小卫星,完成货运飞船与天宫二号的对接。

 “风云四号”卫星

“海洋一号C”卫星

2016年12月发射的“风云四号”气象卫星和2018年9月发射的“海洋一号C”卫星等型号中均成功应用了SiC颗粒增强铝基复合材料及构件,至今已累计为航天重要工程提供关键构件10000余件。“风云四号”气象卫星是我国新一代静止轨道气象卫星。该卫星成功突破了代表国际前沿的高精度图像定位与配准、微振动测量与抑制等多项核心关键技术,显著提升我国静止轨道卫星研制和空间观测应用能力,是航天大国向航天强国迈进的又一重要标志。“海洋一号C”星是我国第三颗海洋水色系列卫星,是我国民用空间基础设施规划的首颗海洋业务卫星。将为全球大洋水色水温业务化监测,为我国近海海域与海岛、海岸带资源环境调查、海洋防灾减灾、海洋资源可持续利用、海洋生态预警与环境保护提供数据服务,也可为气象、农业、水利等行业应用提供支持。

科技兴则民族兴,科技强则国家强。材料人始终以创新的精神追求真理,坚韧地挺起创新型国家的脊梁!

  作者:张  兵、史文博

(图片均来自网络)

 

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