五星紅旗再次亮相月球！
本報(bào)記者 付毅飛
據(jù)國(guó)家航天局12月3日消息，嫦娥五號(hào)著陸上升組合體在月面工作期間，實(shí)現(xiàn)了月面國(guó)旗展開(kāi)。這是我國(guó)在月球表面首次實(shí)現(xiàn)國(guó)旗的“獨(dú)立展示”，也是繼嫦娥三號(hào)、四號(hào)任務(wù)之后，五星紅旗又一次在月球亮相。
記者從中國(guó)航天科工集團(tuán)獲悉，嫦娥五號(hào)的國(guó)旗展示方式，與嫦娥三號(hào)、四號(hào)有很大不同，研制難度又邁上了一個(gè)大臺(tái)階。
這是一面真正的旗幟
嫦娥五號(hào)月面國(guó)旗展示系統(tǒng)，是有效載荷分系統(tǒng)中的關(guān)鍵項(xiàng)目。
相比嫦娥三號(hào)、四號(hào)以及玉兔月球車上噴涂的國(guó)旗，嫦娥五號(hào)的國(guó)旗是一面真正的旗幟。
作為月面國(guó)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(duì)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(wú)法在月球上使用。
國(guó)旗展示系統(tǒng)項(xiàng)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(cè)器著陸在月球上，它都一直暴露在極端惡劣環(huán)境中。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果把地球上使用的國(guó)旗放在月球上，它的顏色在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)褪色、串色，甚至分解。
在國(guó)旗展示系統(tǒng)立項(xiàng)初期，科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(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)旗方案。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。
但在保持平整前提下，國(guó)旗展開(kāi)時(shí)還要有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)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。為此研制團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(wú)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(guó)內(nèi)紡織企業(yè)，尋找符合任務(wù)要求的纖維材料。
據(jù)國(guó)旗展示系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人程昌介紹，科研團(tuán)隊(duì)在選材上花費(fèi)的時(shí)間超過(guò)1年，挑選出了二三十種纖維材料，通過(guò)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(hào)展示的國(guó)旗。
系統(tǒng)瘦身學(xué)問(wèn)大
嫦娥五號(hào)展示的國(guó)旗尺寸為2000毫米×900毫米。馬威表示，旗面尺寸是研制團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)綜合考慮確定的，目的是盡量突出視場(chǎng)效果，讓相機(jī)拍出來(lái)的照片既能看到月表、深空，也能看到著陸器。國(guó)旗太大或太小，照片都無(wú)法呈現(xiàn)出豐富的元素。
國(guó)旗展示系統(tǒng)的重量限制在1公斤以內(nèi)，其在應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境的同時(shí)，材料、設(shè)備還要實(shí)現(xiàn)輕量化。這對(duì)系統(tǒng)的工藝、集成設(shè)計(jì)提出了很高要求。
該系統(tǒng)項(xiàng)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(yáng)能電池帆板展開(kāi)，使用的都是桿系結(jié)構(gòu)，以保證可靠性。系統(tǒng)立項(xiàng)時(shí)，研制團(tuán)隊(duì)先后論證過(guò)四級(jí)桿、三級(jí)桿和二級(jí)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(jí)桿來(lái)呈現(xiàn)國(guó)旗。
為控制系統(tǒng)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，即兩塊接觸金屬粘連在一起，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)無(wú)法正常打開(kāi)。對(duì)此，研制團(tuán)隊(duì)對(duì)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?jiǎng)?wù)
嫦娥五號(hào)國(guó)旗展示系統(tǒng)的工作，涉及解鎖、支架展開(kāi)、支架固定等步驟，保證可靠性是系統(tǒng)第一要?jiǎng)?wù)。
李云峰說(shuō)，這一系列動(dòng)作都必須在1秒鐘內(nèi)完成，每一個(gè)動(dòng)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(wú)法起爆解鎖，后續(xù)動(dòng)作就無(wú)從談起。程昌介紹，國(guó)旗展示系統(tǒng)使用的火工品，在國(guó)內(nèi)同等用途火工品中屬于最小的之一。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。尤其是在月球惡劣環(huán)境下，更要保證地面發(fā)出指令時(shí)，它就能成功起爆。
面對(duì)這一難題，研制團(tuán)隊(duì)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(kāi)的關(guān)鍵動(dòng)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(huì)發(fā)生變化，但超過(guò)100攝氏度或低于零下30攝氏度，都會(huì)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(wú)法滿足國(guó)旗展示系統(tǒng)展開(kāi)機(jī)構(gòu)的要求。研制團(tuán)隊(duì)找到廠家按要求訂制了扭簧，然后對(duì)其開(kāi)展了高低溫、長(zhǎng)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。