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高端订制月宫“中国红”

2022-12-07 12:37:16 222

摘要:在全球亿万民众的热切关注下,嫦娥五号上升器带着月球“土特产”顺利升空,踏上返航之旅。起飞前,嫦娥五号着陆器携带的一面“织物版”五星红旗在月面成功展开,这是中国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”。人们还得记,中国国旗元素首次亮相“月宫”是在...

在全球亿万民众的热切关注下,嫦娥五号上升器带着月球“土特产”顺利升空,踏上返航之旅。起飞前,嫦娥五号着陆器携带的一面“织物版”五星红旗在月面成功展开,这是中国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”。

人们还得记,中国国旗元素首次亮相“月宫”是在2013年12月。彼时,嫦娥三号着陆器与玉兔号月球车完美互拍,记录下对方上面的国旗图案。5年之后,嫦娥四号探测器将国旗元素带向月球背面,“中国红”又一次闪耀“月宫”。

与之前在月面呈现的喷涂的五星红旗图案不同,嫦娥五号着陆器上的这面五星红旗可谓“高端订制”的旗帜,其舒展的形态、亮丽的色彩中透着现代高科技智慧。据了解,它是由中国航天科工集团航天三江联合武汉纺织大学等单位克服了诸多困难,研制而成的。

选材花费时间超过1年

科研团队初期设计了多种国旗展示形式,有卷轴式展开的,也有折扇式展开的。高低温试验表明,卷轴式展开才能更好避免褶皱,保持平整。

月面环境极其恶劣,温差可达正负150摄氏度,这就决定了这面国旗必须选用特殊材质。研制团队发现,单一纤维和纺织工艺无法满足在恶劣环境下不能粘连的要求。

面对技术难题,研制团队摸着石头过河,一边地毯式查阅文献资料,一边广泛开展调研论证,携手国内优势单位开展关键技术联合攻关。他们“走出去”与大学和科研机构合作,咨询众多国内知名的纺织企业,寻找适合在月球上使用的纤维材料。

国旗展示系统技术负责人程昌表示,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,然后通过做包括热匹配性,耐高低温、防静电、防月球尘埃等在内的物理试验,科研团队最终决定采用某新型复合材料,这样既能满足强度要求,又能满足染色性能要求,从而保证国旗能够抵御月表恶劣的环境,做到不褪色、不串色、不变形。

“虽然只是一面薄薄的国旗,但科技含量很高。”国旗展示系统项目指挥马威表示。

整个系统重量控制在1公斤

国旗展示系统由月面国旗、压紧释放装置、展开机构3部分组成,在折叠状态下长约半米多,重量只有1公斤,国旗本身的重量只有12克。马威表示,旗面尺寸大小是经过了综合考虑后确定的,目的是尽量展示出理想的视觉效果,让相机拍出来的照片既能看到月表一部分,深空一部分,也能看到着陆器的一部分,如果国旗太大或太小,照片就无法呈现出丰富的元素。

减重是国旗展示系统面临的另一个难题,为此,研制团队选用耐高温、抗严寒的轻质材料,把相关部件尽量做薄、做小,并进行高度集成设计。

国旗展示系统使用的支架结构,在空间环境中要承受冷热交变、空间辐照、极低真空等恶劣环境考验,如果选材不当,可能会发生冷焊(即两块接触金属在太空极低真空环境下会粘连一起),由此带来的问题是,机构不能正常工作或打开。

国旗展示系统项目负责人李云峰表示:“为了避免出现冷焊问题,我们对系统所有的机构和关键位置都进行了防冷焊处理,以保证部件能满足太空环境和月表环境对温度的要求。可以说,我们为了将国旗展示系统的重量控制在1公斤,整个研制团队做出了不懈努力。”

多种试验确保国旗成功展开

保证可靠性是国旗展示系统的第一任务。据了解,国旗展示系统涉及解锁、支架展开、支架固定等步骤,如果支架无法在月球上成功展开,一切都将前功尽弃。

李云峰表示:“每一个动作都要确保工作正常,而且这一系列动作都必须在极短时间内完成。所以,我们的工作是责任重大、使命光荣。”

火工品是整个国旗展示系统中最基础的一环,如果它无法起爆解锁,后续动作就无从谈起。因此,负责机构解锁的火工品起爆装置成为了关键。

程昌表示,国旗展示系统使用的火工品在国内同等用途和功能中属于最小之一。小,意味着它对环境适应性十分敏感,稍有不慎就可能失效,尤其是面对月球恶劣的温差环境,更需要保证地面给它指令时就能成功起爆。

面对这一难题,研制团队通过将火工品放在零下200摄氏度左右的液氮罐里和高温环境下进行了几十次试验,模拟它在月球极大温差环境下能否正常使用。

在国旗展示系统中,与火工品同样重要的2根扭簧则是机构支架展开的关键动力源。弹簧的弹性系数在零下5摄氏度到25摄氏度的范围内一般不会发生变化,如果超过100摄氏度或低于零下30摄氏度就会导致弹簧材料的强度降低,弹性系数也随之降低。

工业设备中常用的扭簧肯定无法满足国旗展示系统展开机构的要求,为此,研制团队找到弹簧生产厂家按照要求专门订制,然后在试验室里对其进行高低温、长期压紧、拉伸等试验,经常观察它的力学变化情况,以保证扭簧的可靠性。

嫦娥五号国旗展示系统经受了考验,在完成漫长的奔月旅程后,在环境恶劣的月面按计划成功启动,展开那面高端订制的五星红旗,诠释着一个国家和民族的探月梦想。

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