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月球亮相的“织物版”国旗不简单 超1年为国旗精心选材

来源:北京日报客户端 2020-12-04 09:53 http://www.mnw.cn/

  嫦娥五号探测器的着陆器、上升器组合体成功降落在月球表面后,点火起飞前,着陆器上携带的一面五星红旗成功展开,标志着月面国旗展示系统首次在月面展示成功。这是继2013年12月15日嫦娥三号着陆器与玉兔号月球车完美互拍实现中国国旗首次亮相月球,和2018年12月8日嫦娥四号探测器将国旗带向月球背面后,我国国旗又一次在月球表面的成功展示,也让中国探测器在月球上再次打上“中国标识”。

  更令人骄傲的是,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, 这次嫦娥五号探测器亮出的国旗是一面真正的“织物版”旗帜。这背后凝聚了中国航天科工集团航天三江九部科研人员的智慧与汗水。

中国航天科工国旗展示系统研制团队研讨制造工艺

中国航天科工国旗展示系统研制团队研讨制造工艺

  超1年为国旗精心选材

  嫦娥五号月面国旗展示系统是有效载荷分系统的组成单机之一,也是有效载荷分系统唯一一个关键项目。这是一面真正的“织物版”旗帜。但由于宇宙环境有很强的电磁辐射,加上月球表面有着正负150摄氏度的温差,普通国旗无法在月球上使用。

  国旗展示系统项目指挥马威说,国旗展示系统是舱外单机系统,自运载火箭抛掉整流罩后,从地月转移轨道进入月球轨道,再到探测器着陆在月球上,它都一直暴露在极端恶劣环境中,“我们通过试验发现,如果把地球上使用的国旗放在月球上,它的颜色在很短时间内就会褪色、串色,甚至分解。”

  在国旗展示系统立项初期,科研团队就设计了多种国旗展示形式,有记忆合金展示方案、伺服升旗方案、机构展示方案等通过卷轴形式展开国旗的方式,也有通过折扇形式展开国旗的方式,但通过高低温试验后发现,只有卷轴形式展开的国旗比较平整,不会出现褶皱等情况。

  可如何保证国旗展开时拥有足够的强度,能保持平整呢?研制团队在研究中发现,有些纤维材料的强度很高,但染色性能较差,染色性能较好的纤维材料,强度又达不到要求。

  研制团队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。国旗展示系统技术负责人程昌说,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,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。

  国旗展示系统只重1公斤

  由于嫦娥五号国旗展示系统的重量只有1公斤,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”。面对月表恶劣的温差环境,也对国旗展示系统的工艺设计、集成设计提出了很高要求。

  国旗展示系统立项时,研制团队先后论证过采用四级杆、三级杆和二级杆来作为国旗的方案,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。

  国旗展示系统项目负责人李云峰说,之所以采用杆系结构方案,是因为它在航天系统里算比较成熟的技术,包括卫星、飞船等航天器的太阳能电池帆板展开,使用的都是杆系结构,其目的就是保证可靠性。

  另外,为了控制整个国旗展示系统的重量,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。

  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。

  李云峰表示,为了解决冷焊问题,科研人员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对温度的要求。

  试验严上加严,确保国旗顺利展示

  保证可靠性是整个国旗展示系统的第一任务,整套系统涉及解锁、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。“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1秒钟内完成。所以,我们的工作是责任重大、使命光荣。” 李云峰说。

  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爆炸装置成为了关键。

  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。

  与此同时,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摄氏度和低于零下30摄氏度都会导致弹簧材料的强度降低,弹性系数也随之降低。

  工业中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,研制团队专门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,观察它的力学变化情况,以保证扭簧的可靠性。

  来源:北京日报客户端 记者 张航

原标题:月球亮相的“织物版”国旗不简单
责任编辑:郑莉莉
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