自豪！在月球亮相的這面“織物版”國旗不簡單

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嫦娥五號探測器的著陸器、上升器組合體成功降落在月球表面后，點(diǎn)火起飛前，著陸器上攜帶的一面五星紅旗成功展開，標(biāo)志著月面國旗展示系統(tǒng)首次在月面展示成功。這是繼2013年12月15日嫦娥三號著陸器與玉兔號月球車完美互拍實(shí)現(xiàn)中國國旗首次亮相月球，和2018年12月8日嫦娥四號探測器將國旗帶向月球背面后，我國國旗又一次在月球表面的成功展示，也讓中國探測器在月球上再次打上“中國標(biāo)識(shí)”。

更令人驕傲的是，與“嫦娥三號”“嫦娥四號”以及玉兔月球車上的國旗采用噴涂方式不同， 這次嫦娥五號探測器亮出的國旗是一面真正的“織物版”旗幟。這背后凝聚了中國航天科工集團(tuán)航天三江九部科研人員的智慧與汗水。

超1年為國旗精心選材

嫦娥五號月面國旗展示系統(tǒng)是有效載荷分系統(tǒng)的組成單機(jī)之一，也是有效載荷分系統(tǒng)唯一一個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目。這是一面真正的“織物版”旗幟。但由于宇宙環(huán)境有很強(qiáng)的電磁輻射，加上月球表面有著正負(fù)150攝氏度的溫差，普通國旗無法在月球上使用。

國旗展示系統(tǒng)項(xiàng)目指揮馬威說，國旗展示系統(tǒng)是艙外單機(jī)系統(tǒng)，自運(yùn)載火箭拋掉整流罩后，從地月轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)入月球軌道，再到探測器著陸在月球上，它都一直暴露在極端惡劣環(huán)境中,“我們通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果把地球上使用的國旗放在月球上，它的顏色在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)褪色、串色，甚至分解。”

在國旗展示系統(tǒng)立項(xiàng)初期，科研團(tuán)隊(duì)就設(shè)計(jì)了多種國旗展示形式，有記憶合金展示方案、伺服升旗方案、機(jī)構(gòu)展示方案等通過卷軸形式展開國旗的方式，也有通過折扇形式展開國旗的方式，但通過高低溫試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，只有卷軸形式展開的國旗比較平整，不會(huì)出現(xiàn)褶皺等情況。

可如何保證國旗展開時(shí)擁有足夠的強(qiáng)度，能保持平整呢?研制團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，有些纖維材料的強(qiáng)度很高，但染色性能較差，染色性能較好的纖維材料，強(qiáng)度又達(dá)不到要求。

研制團(tuán)隊(duì)一邊地毯式查閱文獻(xiàn)資料，一邊廣泛開展調(diào)研論證，攜手國內(nèi)優(yōu)勢單位開展關(guān)鍵技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)。國旗展示系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人程昌說，科研團(tuán)隊(duì)在選材上花費(fèi)的時(shí)間就超過1年，最終挑選出了二三十種纖維材料，然后通過做包括熱匹配性，耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等在內(nèi)的物理試驗(yàn),科研團(tuán)隊(duì)最終決定采用某新型復(fù)合材料,既能滿足強(qiáng)度要求，又能滿足染色性能要求，從而保證國旗能夠抵御月表惡劣的環(huán)境，做到不褪色，不串色、不變形。

國旗展示系統(tǒng)只重1公斤

由于嫦娥五號國旗展示系統(tǒng)的重量只有1公斤，研制團(tuán)隊(duì)圍繞整個(gè)系統(tǒng)在減重問題上下了大量工夫，不僅材料要輕質(zhì)化，而且還要對設(shè)備進(jìn)行“瘦身”。面對月表惡劣的溫差環(huán)境，也對國旗展示系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)、集成設(shè)計(jì)提出了很高要求。

國旗展示系統(tǒng)立項(xiàng)時(shí)，研制團(tuán)隊(duì)先后論證過采用四級桿、三級桿和二級桿來作為國旗的方案，但考慮到復(fù)雜性和重量等原因，最終選擇使用二級桿的方式來呈現(xiàn)。

國旗展示系統(tǒng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李云峰說，之所以采用桿系結(jié)構(gòu)方案，是因?yàn)樗�在航天系統(tǒng)里算比較成熟的技術(shù)，包括衛(wèi)星、飛船等航天器的太陽能電池帆板展開，使用的都是桿系結(jié)構(gòu)，其目的就是保證可靠性。

另外，為了控制整個(gè)國旗展示系統(tǒng)的重量，研制團(tuán)隊(duì)還對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在選取耐高溫、抗嚴(yán)寒材料的基礎(chǔ)上盡量將支架臂做薄、做小。

國旗展示系統(tǒng)使用的支架結(jié)構(gòu)在空間環(huán)境中要承受冷熱交變、空間輻照、極低真空等惡劣環(huán)境考驗(yàn)，如果選材不當(dāng)，可能會(huì)發(fā)生冷焊(即兩塊接觸金屬在太空極低真空環(huán)境下會(huì)粘連一起)，由此帶來的問題是機(jī)構(gòu)不能正常工作或打開。

李云峰表示，為了解決冷焊問題，科研人員對系統(tǒng)所有的機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵位置都進(jìn)行了防冷焊處理，以保證部件能滿足太空環(huán)境和月表對溫度的要求。

試驗(yàn)嚴(yán)上加嚴(yán)，確保國旗順利展示

保證可靠性是整個(gè)國旗展示系統(tǒng)的第一任務(wù)，整套系統(tǒng)涉及解鎖、支架展開、支架固定等步驟，如果支架無法在月球上成功展開，一切都將前功盡棄。“每一個(gè)動(dòng)作都要確保工作正常，而且這一系列動(dòng)作都必須在1秒鐘內(nèi)完成。所以，我們的工作是責(zé)任重大、使命光榮。” 李云峰說。

火工品是整個(gè)國旗展示系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的一環(huán)，如果它無法起爆解鎖，后續(xù)動(dòng)作就無從談起。因此，負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)解鎖的火工品爆炸裝置成為了關(guān)鍵。

程昌表示，國旗展示系統(tǒng)使用的火工品在國內(nèi)同等用途和功能中屬于最小之一。小，意味著它對環(huán)境適應(yīng)性十分敏感，稍有不慎就可能失效，尤其是面對月球惡劣的溫差環(huán)境，更需要保證地面給它指令時(shí)就能成功起爆。

面對這一難題，研制團(tuán)隊(duì)通過將火工品放在零下200攝氏度左右的液氮罐里和高溫環(huán)境下進(jìn)行了幾十次試驗(yàn)，模擬它在月球極大溫差環(huán)境下能否正常使用。

與此同時(shí)，在國旗展示系統(tǒng)中與火工品同樣重要的2根扭簧則是機(jī)構(gòu)支架展開的關(guān)鍵動(dòng)力源。

彈簧的彈性系數(shù)在零下5攝氏度到25攝氏度的范圍內(nèi)一般不會(huì)發(fā)生變化，如果超過100攝氏度和低于零下30攝氏度都會(huì)導(dǎo)致彈簧材料的強(qiáng)度降低，彈性系數(shù)也隨之降低。

工業(yè)中設(shè)備中常用的扭簧肯定無法滿足國旗展示系統(tǒng)展開機(jī)構(gòu)的要求，為此，研制團(tuán)隊(duì)專門找到彈簧生產(chǎn)廠家按照要求專門訂制，然后在試驗(yàn)室里對其進(jìn)行高低溫、長期壓緊、拉伸等試驗(yàn)，觀察它的力學(xué)變化情況，以保證扭簧的可靠性。