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科技日报:五星红旗再次亮相月球!

发布时间:2020-12-04    信息来源: 科技日报

据国家航天局12月3日消息,嫦娥五号着陆上升组合体在月面工作期间,实现了月面国旗展开。这是我国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”,也是继嫦娥三号、四号任务之后,五星红旗又一次在月球亮相。

月面起飞前亮国旗。模拟动图

记者从中国航天科工集团获悉,嫦娥五号的国旗展示方式,与嫦娥三号、四号有很大不同,研制难度又迈上了一个大台阶。

这是一面真正的旗帜

嫦娥五号月面国旗展示系统,是有效载荷分系统中的关键项目。

相比嫦娥三号、四号以及玉兔月球车上喷涂的国旗,嫦娥五号的国旗是一面真正的旗帜。

作为月面国旗展示系统研制单位,航天科工集团航天三江九部研制团队克服了重重困难。

由于宇宙拥有很强的电磁辐射,加上月球表面有着正负150摄氏度的温差等,恶劣的环境决定了普通旗帜无法在月球上使用。

国旗展示系统项目指挥马威表示,该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。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,科研团队设计了多种展示形式,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,也有通过折扇形式展开国旗方案。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。

但在保持平整前提下,国旗展开时还要有足够的强度,同时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。为此研制团队开展了很多理论研究和模拟试验。他们发现,有些纤维材料强度很高,但染色性能较差;染色性能较好的纤维材料,强度又不达标。因此,单一纤维和纺织工艺都无法满足月面环境要求。于是他们携手大学和科研机构联合攻关,并咨询众多国内纺织企业,寻找符合任务要求的纤维材料。

据国旗展示系统技术负责人程昌先容,科研团队在选材上花费的时间超过1年,挑选出了二三十种纤维材料,通过热匹配性、耐高低温、防静电、防月球尘埃等试验,最终选用某新型复合材料,制成了嫦娥五号展示的国旗。

图片

国旗展示系统研制团队在探讨技术细节。中国航天科工集团供图

系统瘦身知识大

嫦娥五号展示的国旗尺寸为2000毫米×900毫米。马威表示,旗面尺寸是研制团队经过综合考虑确定的,目的是尽量突出视场效果,让相机拍出来的照片既能看到月表、深空,也能看到着陆器。国旗太大或太小,照片都无法呈现出丰富的元素。

国旗展示系统的重量限制在1公斤以内,其在应对恶劣环境的同时,材料、设备还要实现轻量化。这对系统的工艺、集成设计提出了很高要求。

该系统项目负责人李云峰先容,采用的杆系结构方案是成熟技术,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,以保证可靠性。系统立项时,研制团队先后论证过四级杆、三级杆和二级杆方案,考虑到复杂性和重量等原因,最终选择采用了二级杆来呈现国旗。

为控制系统重量,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、极低真空等环境考验,如果选材不当,可能会发生冷焊,即两块接触金属粘连在一起,导致机构无法正常打开。对此,研制团队对系统所有机构和关键位置都进行了防冷焊处理。

图片五星红旗月面展示模拟图。

保证可靠性是第一要务

嫦娥五号国旗展示系统的工作,涉及解锁、支架展开、支架固定等步骤,保证可靠性是系统第一要务。

李云峰说,这一系列动作都必须在1秒钟内完成,每一个动作都要确保工作正常。

火工品是该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。程昌先容,国旗展示系统使用的火工品,在国内同等用途火工品中属于最小的之一。小,意味着它对环境适应性十分敏感,稍有不慎就可能失效。尤其是在月球恶劣环境下,更要保证地面发出指令时,它就能成功起爆。

面对这一难题,研制团队将火工品放入零下200摄氏度左右的液氮罐,以及放在高温环境下进行了几十次试验,以验证它在月球极大温差环境下能否正常使用。

机构支架展开的关键动力源是2根扭簧。

弹簧的弹性系数在零下5摄氏度到25摄氏度范围内一般不会发生变化,但超过100摄氏度或低于零下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。研制团队找到厂家按要求订制了扭簧,然后对其开展了高低温、长期压紧、拉伸等试验,观察其力学变化情况,以确保其工作可靠。

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/HlceE4fVoEALc80-P3303w

 

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