五星紅旗再次亮相月球！
本報記者 付毅飛
據(jù)國家航天局12月3日消息，嫦娥五號著陸上升組合體在月面工作期間，實(shí)現(xiàn)了月面國旗展開。這是我國在月球表面首次實(shí)現(xiàn)國旗的“獨(dú)立展示”，也是繼嫦娥三號、四號任務(wù)之后，五星紅旗又一次在月球亮相。
記者從中國航天科工集團(tuán)獲悉，嫦娥五號的國旗展示方式，與嫦娥三號、四號有很大不同，研制難度又邁上了一個大臺階。
這是一面真正的旗幟
嫦娥五號月面國旗展示系統(tǒng)，是有效載荷分系統(tǒng)中的關(guān)鍵項目。
相比嫦娥三號、四號以及玉兔月球車上噴涂的國旗，嫦娥五號的國旗是一面真正的旗幟。
作為月面國旗展示系統(tǒng)研制單位，航天科工集團(tuán)航天三江九部研制團(tuán)隊克服了重重困難。
由于宇宙擁有很強(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，惡劣的環(huán)境決定了普通旗幟無法在月球上使用。
國旗展示系統(tǒng)項目指揮馬威表示，該系統(tǒng)是艙外單機(jī)系統(tǒng)。自運(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，再到探測器著陸在月球上，它都一直暴露在極端惡劣環(huán)境中。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果把地球上使用的國旗放在月球上，它的顏色在很短時間內(nèi)就會褪色、串色，甚至分解。
在國旗展示系統(tǒng)立項初期，科研團(tuán)隊設(shè)計了多種展示形式，有記憶合金展示方案、伺服升旗方案、機(jī)構(gòu)展示方案等通過卷軸形式展開國旗，也有通過折扇形式展開國旗方案。通過高低溫試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，只有卷軸形式展開的國旗比較平整，不會出現(xiàn)褶皺等情況。
但在保持平整前提下，國旗展開時還要有足夠的強(qiáng)度，同時要保證國旗卷起時在正負(fù)150攝氏度溫差環(huán)境下不能粘連在一起。為此研制團(tuán)隊開展了很多理論研究和模擬試驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)，有些纖維材料強(qiáng)度很高，但染色性能較差；染色性能較好的纖維材料，強(qiáng)度又不達(dá)標(biāo)。因此，單一纖維和紡織工藝都無法滿足月面環(huán)境要求。于是他們攜手大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)，并咨詢眾多國內(nèi)紡織企業(yè)，尋找符合任務(wù)要求的纖維材料。
據(jù)國旗展示系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人程昌介紹，科研團(tuán)隊在選材上花費(fèi)的時間超過1年，挑選出了二三十種纖維材料，通過熱匹配性、耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等試驗(yàn)，最終選用某新型復(fù)合材料，制成了嫦娥五號展示的國旗。
系統(tǒng)瘦身學(xué)問大
嫦娥五號展示的國旗尺寸為2000毫米×900毫米。馬威表示，旗面尺寸是研制團(tuán)隊經(jīng)過綜合考慮確定的，目的是盡量突出視場效果，讓相機(jī)拍出來的照片既能看到月表、深空，也能看到著陸器。國旗太大或太小，照片都無法呈現(xiàn)出豐富的元素。
國旗展示系統(tǒng)的重量限制在1公斤以內(nèi)，其在應(yīng)對惡劣環(huán)境的同時，材料、設(shè)備還要實(shí)現(xiàn)輕量化。這對系統(tǒng)的工藝、集成設(shè)計提出了很高要求。
該系統(tǒng)項目負(fù)責(zé)人李云峰介紹，采用的桿系結(jié)構(gòu)方案是成熟技術(shù)，衛(wèi)星、飛船等航天器的太陽能電池帆板展開，使用的都是桿系結(jié)構(gòu)，以保證可靠性。系統(tǒng)立項時，研制團(tuán)隊先后論證過四級桿、三級桿和二級桿方案，考慮到復(fù)雜性和重量等原因，最終選擇采用了二級桿來呈現(xiàn)國旗。
為控制系統(tǒng)重量，研制團(tuán)隊還對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，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、極低真空等環(huán)境考驗(yàn)，如果選材不當(dāng)，可能會發(fā)生冷焊，即兩塊接觸金屬粘連在一起，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)無法正常打開。對此，研制團(tuán)隊對系統(tǒng)所有機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵位置都進(jìn)行了防冷焊處理。
保證可靠性是第一要務(wù)
嫦娥五號國旗展示系統(tǒng)的工作，涉及解鎖、支架展開、支架固定等步驟，保證可靠性是系統(tǒng)第一要務(wù)。
李云峰說，這一系列動作都必須在1秒鐘內(nèi)完成，每一個動作都要確保工作正常。
火工品是該系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的一環(huán)，如果它無法起爆解鎖，后續(xù)動作就無從談起。程昌介紹，國旗展示系統(tǒng)使用的火工品，在國內(nèi)同等用途火工品中屬于最小的之一。小，意味著它對環(huán)境適應(yīng)性十分敏感，稍有不慎就可能失效。尤其是在月球惡劣環(huán)境下，更要保證地面發(fā)出指令時，它就能成功起爆。
面對這一難題，研制團(tuán)隊將火工品放入零下200攝氏度左右的液氮罐，以及放在高溫環(huán)境下進(jìn)行了幾十次試驗(yàn)，以驗(yàn)證它在月球極大溫差環(huán)境下能否正常使用。
機(jī)構(gòu)支架展開的關(guān)鍵動力源是2根扭簧。
彈簧的彈性系數(shù)在零下5攝氏度到25攝氏度范圍內(nèi)一般不會發(fā)生變化，但超過100攝氏度或低于零下30攝氏度，都會導(dǎo)致彈簧材料的強(qiáng)度降低，彈性系數(shù)也隨之降低。
工業(yè)設(shè)備中常用的扭簧，肯定無法滿足國旗展示系統(tǒng)展開機(jī)構(gòu)的要求。研制團(tuán)隊找到廠家按要求訂制了扭簧，然后對其開展了高低溫、長期壓緊、拉伸等試驗(yàn)，觀察其力學(xué)變化情況，以確保其工作可靠。