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鄂企制造!第一面“织物版”五星红旗闪耀月球

发布时间:2020年12月04日15:01 来源: 湖北日报

12月3日23时10分,嫦娥五号上升器从月面起飞,携带月球样品成功进入预定环月轨道。这是中国首次实现地外天体起飞。点火起飞前,嫦娥五号着陆器上升器组合体携带的五星红旗成功展开。

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,此次嫦娥五号探测器亮出的国旗是一面真正的“织物版”旗帜。这一次,也是我国在月球表面首次实现五星红旗的“独立展示”。为研制这套国旗展示系统,中国航天科工集团航天三江九部经历诸多挑战。

“这是一面真正的旗帜,虽然只是薄薄一面,但科技含量十分高。”国旗展示系统项目指挥马威告诉湖北日报全媒记者,这面闪耀月球的五星红旗,在正负150摄氏度的温差下仍能“保持本色”。

选材耗时超1年

“国旗展示系统是舱外单机系统,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。”马威说,宇宙环境有很强的电磁辐射,加上月球表面有正负150摄氏度的温差,如果把地球上使用的国旗放在月球上,在很短时间内,国旗就会褪色、串色,甚至分解。

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。

但如何保证国旗展开时拥有足够的强度,能保持平整?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范开春说,团队联合武汉纺织大学,在选材上耗时超过1年,最终挑选出近30种纤维材料,通过包括热匹配性、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。

“这种材料既能满足强度要求,又能满足染色性能要求,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。”范开春说。

重量只有1公斤

“不仅材料要轻质化,而且还要对设备进行‘瘦身’。”国旗展示系统项目负责人李云峰说,由于嫦娥五号国旗展示系统的重量只有1公斤,研制团队在减重问题上下了大量工夫,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。

李云峰介绍,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。

为了控制整个国旗展示系统的重量,研制团队还对系统结构进行优化设计,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。

李云峰说,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——两块接触金属在太空极低真空环境下会粘连一起,导致机构不能正常工作或打开。

“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对温度的要求。”李云峰说。

一系列动作1秒钟内完成

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。”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。

副主任设计师程昌介绍,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。研制团队将火工品放在零下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,确保五星红旗能顺利在月面上缓缓升起。

系统中,与火工品同样重要的2根扭簧,是机构支架展开的关键动力源。

程昌说,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,则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,无法满足国旗展示系统展开机构的要求。”程昌说,研制团队找到弹簧生产厂家按照要求专门订制,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。

(湖北日报全媒记者 许旷 通讯员 谭青海 图片由通讯员提供)

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