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五星红旗闪耀月球!国家航天局公布嫦娥五号月表国旗展示照片

五星红旗闪耀月球!国家航天局公布嫦娥五号月表国旗展示照片

旗开月表,五星闪耀。经过科研团队的数据接收和处理,今天,国家航天局公布了探月工程嫦娥五号探测器在月球表面国旗展示的照片。

这是继嫦娥三号、四号任务后,五星红旗又一次展现在月球表面,同时也是五星红旗第一次月表动态展示。

五星红旗在月球上是怎么展开的?

经过约19小时月面工作,嫦娥五号顺利完成月球表面自动采样,12月3日23时10分,上升器带着“月土”顺利升空,踏上返程。在完成采样任务上升起飞前,着陆器携带的一面“织物版”五星红旗在月面成功展开,意味着月面国旗展示系统成功运行。

这是继2013年12月15日嫦娥三号着陆器与玉兔号月球车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,中国探测器在月球上再次展示中国标识。

不过,嫦娥五号的国旗展示的方式与嫦娥三号和嫦娥四号有很大不同,研制难度又迈上了一个大台阶。中国航天科工集团航天三江九部作为“嫦娥五号”月面国旗展示系统的研制单位,为了研制这套与众不同的国旗展示系统,经历了诸多挑战。

选材花费时间超过1年

嫦娥五号月面国旗展示系统是有效载荷分系统的一个关键项目。与嫦娥三号、嫦娥四号以及玉兔月球车上的国旗采用了喷涂方式不同,嫦娥五号携带的国旗是一面可“打开”的旗帜。

由于宇宙有很强的电磁辐射,加上月球表面有着正负150摄氏度的温差等恶劣环境,这就决定了普通材质的国旗无法在月球上使用。在国旗展示系统立项初期,科研团队为此设计了多种展示形式,既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,也有通过折扇形式展开国旗等方案,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。

如何保证国旗展开时拥有足够的强度、保持平整?研制团队围绕这一问题做了很多理论研究和模拟试验。他们在研究中发现,虽然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。因此,单一纤维和纺织工艺都无法满足月面环境的要求。同时,还要保证国旗卷起时在正负150摄氏度温差环境下不能粘连在一起。

国旗展示系统项目指挥马威介绍说,“国旗展示系统是舱外单机系统。当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。”因此,对于首次接受宇航研制任务的团队来讲,需要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。虽然只是一面薄薄的国旗,但科技含量十分高。

整个系统重量控制在1公斤

由于嫦娥五号的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”。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。

国旗展示系统项目负责人李云峰表示,“我们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),导致机构不能正常工作或打开。为了解决冷焊问题,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。

保证可靠性是第一任务

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。

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1秒钟内完成。”

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。程昌说,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。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根扭簧是机构支架展开的关键动力源。研制团队在试验室里进行高低温、长期压紧、拉伸等试验,以保证扭簧的可靠性。

(来源:人民日报客户端)

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