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第一面“织物版”五星红旗如何闪耀月球?
2021-03-01

经过约19小时月面工作,探月工程嫦娥五号探测器顺利完成月球表面自动采样,2020年12月3日23时10分,上升器带着月球“土特产”顺利升空,踏上返航之旅。在完成采样任务上升起飞前,着陆器携带的一面“织物版”五星红旗在月面成功展开。与“嫦娥三号”“嫦娥四号”以及玉兔月球车上的国旗采用喷涂方式不同,“嫦娥五号”国旗则是一面真正的旗帜。

这标志着,在中国航天历史上,第一面在没有温控的严酷环境条件下的织物国旗,成功在月球上展示。

点火起飞前,嫦娥五号着上组合体实现月面五星红旗展开,这是中国在月球表面首次实现五星红旗的“独立展示”。这面闪耀月球的五星红旗重量只有1kg,在±150℃的温差下仍能“保持本色”。

 

1面“织物版”五星红旗

 

五星红旗能够在月球上实现独立展示,主要依靠月面国旗展示系统辅助。该系统由月面国旗、压紧释放装置、展开机构三部分组成,长约半米。系统在折叠状态下随探测器升空,着陆月球后按照指令解锁打开。

与嫦娥三号、嫦娥四号以及玉兔月球车上的五星红旗采用喷涂方式不同,嫦娥五号这面“织物版”五星红旗是一面真正的旗帜。这是五星红旗在月球表面的又一次成功展示,也让中国探测器在月球上再次打上“中国标识”。

据了解,月面国旗展示系统由中国航天三江集团联合武汉纺织大学等单位共同研制,其中国旗由武汉纺织大学纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室徐卫林教授团队历时八年、持续攻关完成,华茂集团一同参与了研制及生产,华茂集团用其六十多年的生产经验,依靠严格的品质管控技术,提供了近于“苛刻”的质量保障,保证了国旗的航天品质。研制期间,探月工程三期总工程师胡浩、中国科学院空间中心、中国航天三江集团等单位领导专家多次来武汉纺织大学指导。

面国旗以国产高性能芳纶纤维材料为主、采用武汉纺织大学荣获国家科技进步一等奖的“高效短流程嵌入式复合纺纱技术”,攻克了高模量差异纤维高品质纱线制备的技术难题,制备出高品质月面展示国旗面料;利用小分子调控技术实现了芳纶的结构调控及颜色构建,并在此基础上实现了极端紫外条件下优良的耐日晒牢度。

该面国旗同时利用武汉纺织大学荣获国家科技发明二等奖的“优质天然高分子材料的超细粉体化及其高附加值的再利用技术”制备了微纳米蚕丝粉体,利用其与颜料粒子的协同作用,从本质上解决了极端条件下颜料热升华及热迁移牢度问题。通过以上技术攻关,实现了国旗在太空环境中耐受极端高真空、高低温循环,以及强计量紫外辐照等条件的高色牢度颜色构建的目的。

 

 

徐卫林教授和团队成员王运利、曹根阳、盛丹、潘恒研讨国旗研制技术问题。

 

选材时间超1年

 

宇宙中拥有很强的电磁辐射月球表面环境恶劣,温差可达±150℃,这就决定了普通五星红旗无法在月球上使用。

在五星红旗展示系统立项初期,科研团队设计了多种展示形式,既有通过卷轴形式展开五星红旗的记忆合金展示方案、伺服升旗方案、机构展示方案,也有通过折扇形式展开的多种方案。尽管形式各异,但科研人员通过高低温试验后发现,只有卷轴形式展开的五星红旗比较平整,不会出现褶皱等情况。

如何保证五星红旗展开时拥有足够的强度,保持平整,研制团队围绕这一问题做了很多理论研究和模拟试验。程昌表示,科研团队在选材上花费的时间就超过1年,最终挑选出了二三十种纤维材料,通过热匹配性、耐高低温、防静电、防月球尘埃等物理试验,最终决定采用某新型复合材料,既能满足强度要求,又能满足染色性能要求,从而保证五星红旗能够抵御月表恶劣的环境,做到不褪色,不串色、不变形。

“虽然这只是一面薄薄的五星红旗,但科技含量十分高。”五星红旗展示系统项目指挥马威感慨道。

 

重量只有1kg

 

嫦娥五号五星红旗平面运动包络将近2000mm×900mm,整个系统的重量只有1kg。马威表示,选择这样的旗面尺寸是研制团队经过综合考虑的结果,目的是尽量突出视场效果,让相机拍出来的照片既能看到月表、深空,也能看到着陆器;如果五星红旗太大或太小,照片均无法呈现出丰富的元素。

由于五星红旗展示系统的重量只有1kg,研制团队围绕整个系统在减重问题上下了大量工夫,不仅材料要轻质化,而且还要对设备进行“瘦身”。立项之初,研制团队先后论证过采用四级杆、三级杆和二级杆等方案,但考虑到复杂性和重量等原因,最终选择使用二级杆的方式来呈现。

为了控制整个五星红旗展示系统的重量,研制团队还对结构进行了优化设计,在选取耐高温、抗严寒材料的基础上尽量将支架臂做薄、做小。系统使用的支架结构在空间环境中能承受住冷热交变、空间辐照、极低真空等恶劣环境的考验。

 

(资料来源:中国新闻网、长江云)