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“天问一号”的“黑匣子”有多牛?

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“天问一号”火星应急信标装置主要用来在高强度冲击、极寒等极端环境下展开数据通信保障,被生动地称为“黑匣子”。那么,这个“黑匣子”的设计原理是什么,又是如何做到具备超高的冲击防护能力的呢?听听“天问一号”火星应急信标装置副总设计师怎么说吧!
精彩观点
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王寅

中国风满满的外形与材料选择有关

中国风满满的外形与材料选择有关
信标装置的外形像一个小小的圆筒,并且呈现一种古色古香的外形和颜色,中国风满满。为什么要考虑使用这种颜色?其实这与我们的材料选择相关。这是一种耐高温的特殊的复合材料,它的本色就是这样一种古朴的颜色。我们当时在挑选材料的过程中,主要还是从材料的耐受高温和保温的角度来考虑的,而这种材料所呈现出的色泽又恰好体现出了中国元素。
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王寅

火星太冷?给信标‘盖床被子’

火星太冷?给信标‘盖床被子’
信标装置能够在极端寒冷的气候下保障火星与地球之间的通信。火星的环境非常特殊,平均温度在零下70度左右。为了在这样的条件下保证设备的日常工作,我们采取了一系列的措施。这就和人一样,人的抗寒能力也是有限的,那么怎么让我们在寒冷的环境下感到舒适?有两个办法,第一个是多穿衣服,多盖被子,防止热量的扩散;第二个办法就是烤火,即主动地从热源获取能量。
信标装置的设计也是运用了相同的原理。信标既有主动的热控能力,又通过特殊的材料和工艺减少内部热量和外界的交换,最终使得信标内部的环境温度能够满足通信的基本要求。
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王寅

‘海绵背心’帮助信标对抗强力冲击

‘海绵背心’帮助信标对抗强力冲击
为了对抗在结构和材料选择方面,信标在结构上采取了多层的、具有不同钢度和强度的材料进行组合,能够最大程度地达到防止塑性破坏的效果。我们在装置的外壳上是采用了钢度比较大,强度比较大的材料,能够保证主体结构的完整;在内部的结构上选用的是塑性变形比较大的材料,能够吸收重击产生的能量。
这就好像大家跳到了一个海绵上一样,海绵能够产生比较大的变形,因此能把撞击的能量尽可能吸收,就好像大家从同一个高度跳到水泥地上和跳到海绵上的感觉是不一样的。那么在水泥地上我想你的腿受到的冲击会比较大,感觉腿很疼,但是跳到海绵上却会有很好的放松效果。所以说我们在信标的设计上也有这样的考虑:采用不同变形系数的材料对冲击进行吸收,对结构进行保护。
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王寅

比飞机‘黑匣子’功能更强大

比飞机‘黑匣子’功能更强大
我们的火星信标装置和我们常常说的飞机“黑匣子”有着一定的区别。首先,飞机上的“黑匣子”实际上是一个数据记录仪,它的主要功能是把数据完整地记录和保存下来,同时需要相关人员去主动发现和回收黑匣子并从中读取数据;而我们的信标装置与飞机“黑匣子”相比功能更加强大,它具备了主动的通信能力,不需要对它进行回收,设备自身就能够将关键的数据传输出去。
那么第二个区别是,信标装置具有更强的环境适应能力。信标装置主要用在航天器上,主要的工作环境是地外的行星或者地外的星球,绝大数的星球都是处于极寒或者是极热的环境之下的,而普通飞机“黑匣子”的使用环境主要是地球环境,相对来说是比较舒适的。
王寅
“天问一号”火星探测器信标项目常务副总设计师
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