火星作為距離地球較近的行星之一被認為在大約40億年前擁有與地球相似的地質(zhì)和氣候條件、擁有孕育生命的可能性。探索火星變成現(xiàn)在“荒漠行星”的原因?qū)ρ芯康厍虻淖匀谎葑儭⑸鹪春脱莼哂兄笇?dǎo)意義。因此火星探測勢在必行。形狀記憶聚合物復(fù)合材料作為典型的先進功能材料，可在有效減輕載荷的同時實現(xiàn)自主變形，極大地提高結(jié)構(gòu)的智能化水平，將推動我國深空探測工程的技術(shù)革新。

研究亮點

為了評估碳纖維增強的環(huán)氧基形狀記憶聚合物復(fù)合材料應(yīng)用于火星探測任務(wù)的可能性，采用靜態(tài)拉伸實驗、動態(tài)熱機械分析和形狀記憶性能測試評估了空間輻照和長期存儲對形狀記憶聚合物復(fù)合材料性能的影響。其中，空間輻照包括γ射線(5x105 rad)和紫外射線(23.6 kCal)。長期存儲分為低溫-196 ℃、室溫25 ℃和高溫85 ℃存儲1個月，和低溫-196 ℃存儲15個月兩組。所研究材料在室溫下的彈性模量和拉伸強度在處理前后未發(fā)生明顯變化，保持在5.5 GPa和160 MPa左右；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以不超過6%的波動范圍穩(wěn)定在143 ℃；形狀固定率和回復(fù)率均保持在99%以上。采用上述智能材料驅(qū)動著陸平臺國旗裝置的釋放，并搭載我國首次火星探測工程“天問一號”于火星表面成功釋放五星紅旗。

著陸平臺國旗裝置在火星上展開五星紅旗(以紅色框線示出). (a) “中國印記”圖, (b)“著巡合影”圖

未來展望

著陸平臺國旗裝置在火星上實現(xiàn)了五星紅旗的可控動態(tài)展開，展開后的國旗在火星風的沐浴下迎風飄揚，為我國探測器在火星上打下“中國標識”。使我國成為世界上首個將形狀記憶聚合物復(fù)合材料智能結(jié)構(gòu)應(yīng)用于深空探測工程的國家。標志著我國在智能材料及其航天器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域處于世界前列。未來，相關(guān)技術(shù)有望應(yīng)用于我國空間站建設(shè)、探月工程、載人登月、火星探測、木星探測、小行星探測、冰巨星探測等重大航天工程領(lǐng)域。

作者簡介

劉彥菊，哈爾濱工業(yè)大學航天學院航天科學與力學系教授、博士生導(dǎo)師，入選教育部長江學者、新世紀優(yōu)秀人才支持計劃、國家重大人才工程。中國復(fù)合材料學會智能復(fù)合材料專業(yè)委員會主任、國際先進材料與制造工程學會大陸總會理事、《Smart Materials and Structures》副主編。自1993年起一直致力于智能材料與結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究，在智能聚合物及其復(fù)合材料、力學理論、智能主動變形結(jié)構(gòu)設(shè)計以及智能結(jié)構(gòu)的應(yīng)用等方面，取得系統(tǒng)性創(chuàng)新研究成果。發(fā)表SCI論文200余篇，獲授權(quán)國家發(fā)明專利70余項，獲得國家自然科學二等獎1項。

冷勁松，智能材料和復(fù)合材料力學專家、中國科學院院士、歐洲科學院外籍院士(Foreign Member of Academia Europaea)、歐洲科學與藝術(shù)院院士(Member of the European Academy of Sciences and Arts)、國家重大人才工程入選者、國家杰出青年基金獲得者、國家百千萬人才工程入選者。長期從事智能材料制備、力學分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計及其應(yīng)用研究，主要包括智能傳感與驅(qū)動器材料（光纖傳感器、形狀記憶聚合物和電致活性聚合物）、多功能納米復(fù)合材料、智能變形結(jié)構(gòu)（智能空間展開結(jié)構(gòu)、可變形飛行器結(jié)構(gòu)）、智能生物醫(yī)學器件、4D打印技術(shù)、軟體機器人、振動主動控制和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等。建立形狀記憶聚合物復(fù)合材料的本構(gòu)理論，發(fā)明多種形狀記憶聚合物材料及智能主動變形結(jié)構(gòu)，在天問一號火星探測器取得成功應(yīng)用，研制4D打印心臟封堵器等多種生物醫(yī)學器件。