我是卡尔德阳蔡司君。祝贺你成功登陆火星!很高兴能与你一起实现漫步宇宙、手摘星辰的理想 2021年5月15日7时18分,又一个载入中国航天史册的时刻。
天问一号的“祝融号”火星车搭乘着陆器,成功抵达火星表面“乌托邦平原”南部预选着陆区,向一次性完成火星“绕落巡”的成就又进一步!
什么,还有不熟悉蔡司君这个“隐藏身份”的小伙伴?是时候为你们大起底了:
比如,拍摄于1969年,家喻户晓的宇航员登月照片“Man on the moon”,就是出自于蔡司Biogon 5.6/60广角镜头。
比如,目前共有13颗小行星是以蔡司员工的名字命名,如
再比如,在中国科学院天文台“月球样品实验室”官方配备的研究仪器中,就有蔡司的德阳扫描电子显微镜,用于对月壤中矿物质进行形貌观察。
那么你一定想问:卡尔蔡司君也会加入探索火星的计划吗?
原来你是这样的火星
在回答这个问题之前,先让我们来看一看人类想要探索这颗橘红色的星球,究竟存在什么样的“登天”难度。
至少在拥有“火星梦”的埃隆·马斯克看来,这从来就不是一件容易的事。
的确,火星探测被公认为难度大,且风险系数高:火星大气稀薄,环境寒冷,平均气温仅-60摄氏度左右,较低可达-120摄氏度;表面地形较复杂,南半球高地遍布陨石坑,北半球则是地质年龄年轻的低矮平原。
“祝融号”在执行任务中,至少会遇到以下几重挑战:
1、在下降阶段,与火星大气层产生摩擦,着陆器表面温度急剧升高,对材料的防护性提出高要求;
2、在着陆阶段,受远距离、长时延的影响,面临了环境不确定、着陆程序复杂、地面无法干预等难点,“一切都要靠自己”;“祝融号”要实现顺利软着陆,设备需使用轻量化材料;
3、在今后火星表面的区域巡视探测阶段,面临多变复杂的温度变化,也需要“祝融号”依靠有效防护,在恶劣的环境中“抱紧自己”。
这么多的难点,都是由科研人员集结各方“奥利给”的力量,逐一克服的——蔡司君就是这其中给力的一员(骄傲脸)
火星探索的项目体量庞大而复杂,其中任何一个细小环节,都不允许有丝毫的差错——为了胜任这样的项目,卡尔蔡司三坐标测量仪君要求自己做一个低调又靠谱的“行动派”。
仅仅在太空材料领域,蔡司君就有着广泛的用武之地。
仔细看,卡尔蔡司君就“隐身”在很多基础却十分必要的基础实验中。
卡尔蔡司德阳X射线显微镜在太空材料领域的应用
火星车在工况复杂的火星表面长距离行走,要求其材料具备高刚度,高强度,轻便和环境稳定的特性,传统铝、钛合金材料难以同时实现。而新型的铝基复合材料构件则可同时满足这些条件,实现“祝融号”长时间运行时对某关键机构的材料需求。
上海交通大学金属基复合材料实验室团队李志强和范根莲等,受生物启发设计了分层Al2O3/Al基复合材料,该材料具备类似的优异力学性能。
为了探查颈缩后更高韧性、更大伸长率的根源,卡尔蔡司X射线显微镜(点击查看)被用于进行原位拉伸测试:由于采取蔡司两级放大的独特架构,X射线显微镜能实现原位拉伸实验台中样品高达1um的体素分辨率,可实现微小裂纹生长发育的跟踪和识别,可观察仅有几个um的微裂纹的产生。
该案例中,Al基体中的层状结构可通过裂纹偏转来阻碍裂纹扩展。如下图c,f所示:出现了一条弯曲的裂纹路径,而不是沿宏观尺度沿45°方向的直线,这改变了裂纹模式,因此提高了抗裂纹扩展的效率。如e,h所示,靠近初级裂纹的小裂纹会增加裂纹的总长度,因此需要更多的能量来传播裂纹。
F-Al2O3 / Al复合材料在X射线显微镜原位拉伸试验:应变条件(ab)百分之12,(cde)百分之13和(fgh)百分之14,其中a,c,f为2D切片图, b,d,e,g和h对应应变的3D损伤处的三维渲染图和放大图。
除了上述案例,蔡司扫描电镜中也能配置原位拉伸-加热样品台,可模拟火星车着陆和工作时的严酷环境,研究材料实际使役性能,实时观察其微观形貌变化,探寻材料失效原理。
蔡司德阳光学显微镜在太空材料领域的应用
蔡司的光学显微镜Axio 2(点击查看),有着优异的光学质量、全电动部件,可利用丰富的观察方式(明场,暗场,偏光等),进行定量金相分析。
应用于新型复合材料的质量控制,光学显微镜能够分析材料的晶粒度、孔隙率分析、析出相含量、涂层厚度测量等指标。
卡尔德阳蔡司显微镜关联方案在太空材料领域的应用
关联方案(点击查看)一直是蔡司君的“杀手锏”之一:“1+1>2”,关联总能更好地推进实验,让获取信息更准确。
比如在XRM-LaserFIB的联用实验中,可以将X射线显微镜(XRM)“大样品高分辨无损三维成像”的特点与双束电镜(FIB)(点击查看 )“亚纳米级分辨率可实现高精度三维重构”的特点融合:
首先使用XRM找到样品内部感兴趣区域,然后利用蔡司专用关联方案,在FIB中快速准确定位到该区域,并利用激光双束(Laser FIB)技术将样品内部深埋区域快速地加工出来,再进行高分辨成像或三维重构。可实现样品内部毫米到级跨尺度三维联用分析。
如下图中所示,利用蔡司XRM-FIB联用解决方案,对高性能铝合金样品进行了跨尺度三维分析:
首先XRM对样品进行了大范围无损三维成像,获得样品内部微米级晶粒尺寸形状和夹杂物分布等整体信息。然后利用XRM-FIB联用定位并加工出样品内部感兴趣区域,获得该区域纳米级析出相和晶粒的关系,得到析出相在晶界处和晶粒内部的统计结果。
仰望星空、心向宇宙的路,是一段注定要历经许多代人不断付出的漫漫征程。
不计其数的“无名英雄”投下的一砖一瓦,一点一滴铺就了通向头顶那片未知世界的天梯。
卡尔蔡司君很荣幸,能成为这段艰苦又浪漫的征程里,始终默默前行的小小一份子。
显微镜下每一次的观测,都是蔡司君望向宇宙深处的深情;与并肩工作的客户和伙伴们每一次的默契合作,都是蔡司君对奥秘的探寻。
卡尔蔡司君想要邀请你一起,透过我的“眼睛”,看清所有不易被发现、又不应被错过的美丽。
以上就是本期的关于移民火星当然不能少了卡尔蔡司的相关小资讯,关于下次的教程我们也会如期更新。如果各位还有更多疑问的话可以联系我们!
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