旗開(kāi)月表，五星閃耀。經(jīng)過(guò)科研團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)接收和處理，今天，國(guó)家航天局公布了探月工程嫦娥五號(hào)探測(cè)器在月球表面國(guó)旗展示的照片。
這是繼嫦娥三號(hào)、四號(hào)任務(wù)后，五星紅旗又一次展現(xiàn)在月球表面，同時(shí)也是五星紅旗第一次月表動(dòng)態(tài)展示。
五星紅旗在月球上是怎么展開(kāi)的？
經(jīng)過(guò)約19小時(shí)月面工作，嫦娥五號(hào)順利完成月球表面自動(dòng)采樣，12月3日23時(shí)10分，上升器帶著“月土”順利升空，踏上返程。在完成采樣任務(wù)上升起飛前，著陸器攜帶的一面“織物版”五星紅旗在月面成功展開(kāi)，意味著月面國(guó)旗展示系統(tǒng)成功運(yùn)行。
這是繼2013年12月15日嫦娥三號(hào)著陸器與玉兔號(hào)月球車(chē)互拍實(shí)現(xiàn)中國(guó)國(guó)旗首次亮相月球，和2018年12月8日嫦娥四號(hào)探測(cè)器將國(guó)旗帶向月球背面后，中國(guó)探測(cè)器在月球上再次展示中國(guó)標(biāo)識(shí)。
不過(guò)，嫦娥五號(hào)的國(guó)旗展示的方式與嫦娥三號(hào)和嫦娥四號(hào)有很大不同，研制難度又邁上了一個(gè)大臺(tái)階。中國(guó)航天科工集團(tuán)航天三江九部作為“嫦娥五號(hào)”月面國(guó)旗展示系統(tǒng)的研制單位，為了研制這套與眾不同的國(guó)旗展示系統(tǒng)，經(jīng)歷了諸多挑戰(zhàn)。
選材花費(fèi)時(shí)間超過(guò)1年
嫦娥五號(hào)月面國(guó)旗展示系統(tǒng)是有效載荷分系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目。與嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)以及玉兔月球車(chē)上的國(guó)旗采用了噴涂方式不同，嫦娥五號(hào)攜帶的國(guó)旗是一面可“打開(kāi)”的旗幟。
由于宇宙有很強(qiáng)的電磁輻射，加上月球表面有著正負(fù)150攝氏度的溫差等惡劣環(huán)境，這就決定了普通材質(zhì)的國(guó)旗無(wú)法在月球上使用。在國(guó)旗展示系統(tǒng)立項(xiàng)初期，科研團(tuán)隊(duì)為此設(shè)計(jì)了多種展示形式，既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(guò)卷軸形式展開(kāi)國(guó)旗，也有通過(guò)折扇形式展開(kāi)國(guó)旗等方案，但通過(guò)高低溫試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，只有卷軸形式展開(kāi)的國(guó)旗比較平整，不會(huì)出現(xiàn)褶皺等情況。
如何保證國(guó)旗展開(kāi)時(shí)擁有足夠的強(qiáng)度、保持平整？研制團(tuán)隊(duì)圍繞這一問(wèn)題做了很多理論研究和模擬試驗(yàn)。他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，雖然有些纖維材料的強(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。因此，單一纖維和紡織工藝都無(wú)法滿(mǎn)足月面環(huán)境的要求。同時(shí)，還要保證國(guó)旗卷起時(shí)在正負(fù)150攝氏度溫差環(huán)境下不能粘連在一起。
國(guó)旗展示系統(tǒng)項(xiàng)目指揮馬威介紹說(shuō)，“國(guó)旗展示系統(tǒng)是艙外單機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)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(cè)器著陸在月球上，它都一直暴露在極端惡劣環(huán)境中。”因此，對(duì)于首次接受宇航研制任務(wù)的團(tuán)隊(duì)來(lái)講，需要尋找適合在月球上使用的纖維材料。
國(guó)旗展示系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人程昌說(shuō)，科研團(tuán)隊(duì)在選材上花費(fèi)的時(shí)間就超過(guò)1年，最終挑選出了二三十種纖維材料，然后通過(guò)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(mǎn)足強(qiáng)度要求，又能滿(mǎn)足染色性能要求，從而保證國(guó)旗能夠抵御月表惡劣的環(huán)境。雖然只是一面薄薄的國(guó)旗，但科技含量十分高。
整個(gè)系統(tǒng)重量控制在1公斤
由于嫦娥五號(hào)的國(guó)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(wèn)題上下了大量工夫，不僅材料要輕質(zhì)化，而且還要對(duì)設(shè)備進(jìn)行“瘦身”。月表惡劣的溫差環(huán)境，也對(duì)國(guó)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(guó)旗展示系統(tǒng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李云峰表示，“我們之所以采用桿系結(jié)構(gòu)方案，是因?yàn)樗诤教煜到y(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(yáng)能電池帆板展開(kāi)，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(guó)旗展示系統(tǒng)的重量，研制團(tuán)隊(duì)還對(duì)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(guó)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），導(dǎo)致機(jī)構(gòu)不能正常工作或打開(kāi)。為了解決冷焊問(wèn)題，對(duì)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(mǎn)足太空環(huán)境和月表對(duì)溫度的要求。
保證可靠性是第一任務(wù)
保證可靠性是整個(gè)國(guó)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(kāi)、支架固定等步驟，如果支架無(wú)法在月球上成功展開(kāi)，一切都將前功盡棄。
李云峰表示，“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。”
火工品是整個(gè)國(guó)旗展示系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的一環(huán)，如果它無(wú)法起爆解鎖，后續(xù)動(dòng)作就無(wú)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。程昌說(shuō)，國(guó)旗展示系統(tǒng)使用的火工品在國(guó)內(nèi)同等用途和功能中屬于最小之一。小，意味著它對(duì)環(huán)境適應(yīng)性十分敏感，稍有不慎就可能失效。面對(duì)這一難題，研制團(tuán)隊(duì)通過(guò)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)，模擬在月球極大溫差環(huán)境下能否正常使用。
與此同時(shí)，在國(guó)旗展示系統(tǒng)中與火工品同樣重要的2根扭簧是機(jī)構(gòu)支架展開(kāi)的關(guān)鍵動(dòng)力源。研制團(tuán)隊(duì)在試驗(yàn)室里進(jìn)行高低溫、長(zhǎng)期壓緊、拉伸等試驗(yàn)，以保證扭簧的可靠性。
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