# 火星探測器材料選擇標準摘要，火星探測器材料需滿足極端環境要求，包括耐高低溫交變、抗沖擊、輕量化及化學穩定性等，在溫度方面，火星表面晝夜溫差可達200℃（白天20℃，夜晚-150℃），且探測器需承受穿越大氣層時的瞬時高溫（與大氣摩擦生熱），材料需具備寬溫域性能穩定性，輕量化是核心指標之一，例如河南能源化工集團研發的隔熱材料通過工藝優化將密度控制在6-7千克/立方米，較常規產品減重30%，顯著降低發射成本。，高強度與抗沖擊能力是材料的另一關鍵特性，Toray復合材料被用于火星探測器防熱罩、降落平臺及直升機結構支撐，確保穿越大氣層及著陸過程中的安全性，金屬基復合材料（如SiC增強鋁基復合材料）因兼具高導熱性、尺寸穩定性和輕量化特點，被應用于“天問一號”關鍵機構，保障高精度運行。，功能型復合材料的研發成為重點，例如形狀記憶聚合物智能材料可適應復雜環境變化，而SiC增強鋁基復合材料在極端溫度下仍保持結構完整性，為探測器長期穩定工作提供技術支撐。

火星探測器材料選擇的一般標準

• 適應極端溫度環境
  • 火星表面溫度變化極大，例如天問一號火星探測器和火星車使用的納米氣凝膠，能在極熱和極寒兩種嚴酷環境下，保證工作平臺正常工作，不受環境溫度影響，這種材料可以讓探測器在火星的溫度環境下正常運行而不會因為溫度變化產生損壞或者性能下降等問題。
• 輕質化
  • 為了減少發射成本和提高探測器的性能，材料需要輕質。如天問一號使用的超輕質蜂窩增強燒蝕防熱材料，密度約為0.36克/立方厘米，每平方米可承受1.5兆瓦的熱流環境，在保證防熱等功能的同時減輕了探測器重量；連續纖維增強中密度防熱材料，密度約為0.9克/立方厘米，相對傳統材料也具有輕質化特點，且兼顧耐燒蝕和承載能力，通過使用三元長纖維組成的SPQ纖維布增強體系和引入輕質填料到預浸料中的方式實現輕質化；超輕質燒蝕防熱涂層材料，密度僅為0.28克/立方厘米左右，不僅隔熱性能優良，也能給著陸器減重。
• 具備良好的防熱性能
  • 火星探測器在進入火星大氣層時會面臨高溫環境，需要防熱材料。例如超輕質蜂窩增強燒蝕防熱材料，它是經過配方優化設計的新型材料，與前輩相比密度更低、防熱效率更高，可以根據承受的氣動載荷分布進行變厚度優化設計，保證探測器拐角部位能夠耐受更嚴苛的氣動載荷的情況下，讓整個結構的材料更加輕質化，探測器大底結構可耐受火星大氣以CO?為主的特殊氣氛氣動加熱。
  • 連續纖維增強中密度防熱結構一體化材料，用于探測器大底及背罩防熱結構的艙蓋、封邊環、埋件、螺塞等零部件，強度更高，兼顧耐燒蝕和承載能力。
  • 超輕質燒蝕防熱涂層材料，隔熱性能優良，用于背罩結構（其受到的熱流相對探測器大底更低）的防熱，密度低至0.28克/立方厘米左右，熱導率低至約0.06瓦每米開，減輕著陸器重量的同時實現有效防熱。
• 高強度和剛性
  • 新型SiC增強鋁基復合材料構件重量輕、強度高、剛性好、寬溫度范圍下尺寸穩定，助力天問一號開展火星探測，在天問一號上成功應用并交付30余件，滿足火星探測任務需求的同時也保障了關鍵機構的穩定性等要求。
• 結構完整性和穩定性
  • 在火星探測器飛向火星的長時間（長達8個月）飛行過程中，由于軌道以及距離太陽遠近的變化，防熱材料要承受極低的溫度以及高低溫度循環交變，材料容易出現開裂、脫落等問題，所以需要材料之間以及材料與著陸器內部結構保持良好的結構熱匹配性和完整性。研發團隊通過工程計算、數值模擬及必要的地面試驗等方法，確保材料的匹配性和完整性，像天問一號的三種防熱材料（超輕質蜂窩增強燒蝕防熱材料、連續纖維增強中密度防熱材料、超輕質燒蝕防熱涂層材料）就能在這樣的條件下協同作戰，保障探測器安全抵達和順利著陸。

火星探測器材料耐熱極限

火星探測器重量控制技術

火星探測器材料抗輻射能力

火星探測器材料研發趨勢