五星紅旗首次在月球獨(dú)立展示，怎么展示的?難度如何?

　　在點(diǎn)火和起飛前，著陸上部組件實(shí)現(xiàn)了月球面國旗的展開以及升降舵和著陸器的解鎖和分離。國旗的發(fā)射是中國首次實(shí)現(xiàn)了國旗在月球表面的“獨(dú)立展示”。

　　國旗可以獨(dú)立顯示，主要由月面國旗顯示系統(tǒng)輔助。該系統(tǒng)由中國航天科工集團(tuán)開發(fā)，由月面國旗，壓放裝置和展開機(jī)構(gòu)三部分組成，長約半米。該系統(tǒng)在探測器處于折疊狀態(tài)的情況下升空，并在登月后根據(jù)指令解鎖和打開。

　　來自中國航天科工的專家表示，國旗顯示系統(tǒng)布置在嫦娥五號(hào)著陸艙外部，熱環(huán)境和空間環(huán)境惡劣，需要采取各種環(huán)境適應(yīng)措施來保證其正常工作。作為突出中國重大科技創(chuàng)新活動(dòng)的標(biāo)志性動(dòng)作，國旗展示系統(tǒng)必須獨(dú)立解鎖，具有高可靠性和高安全性。

　　專家表示，為了讓全景相機(jī)獲得元素豐富、比例協(xié)調(diào)的國旗照片，國旗顯示系統(tǒng)需要在打開時(shí)擴(kuò)展探測器，并提供更大的國旗面尺寸和良好的拍攝角度。國旗展示系統(tǒng)在滿足上述功能要求的同時(shí)，還需要采取輕量化、小型化的設(shè)計(jì)措施，對系統(tǒng)的重量要求極其嚴(yán)格。

       這一次國旗旗幟完全不一樣，怎么不一樣了？

　　1、選材花費(fèi)時(shí)間超過1年

　　嫦娥五號(hào)月球國旗顯示系統(tǒng)是有效載荷子系統(tǒng)的組成部分之一，也是有效載荷子系統(tǒng)唯一的關(guān)鍵項(xiàng)目。不同于“嫦娥三號(hào)”，“嫦娥四號(hào)”和玉兔月球車上的國旗，“嫦娥五號(hào)”國旗是真旗。

　　因?yàn)橛钪嬗泻軓?qiáng)的電磁輻射，月球表面有正負(fù)150攝氏度的溫差，決定了普通的國旗不能在月球上使用。

　　在國旗展示體系的初期，研究團(tuán)隊(duì)為此設(shè)計(jì)了多種展示形式，包括記憶合金展示方案、伺服升旗方案、機(jī)構(gòu)展示方案等。以及國旗的折扇方案等。但是經(jīng)過高低溫測試，發(fā)現(xiàn)只有以卷軸形式發(fā)展的國旗比較平整，沒有出現(xiàn)褶皺。

　　然而，研究小組就如何確保國旗有足夠的力量并在發(fā)射時(shí)保持平坦進(jìn)行了大量的理論研究和模擬試驗(yàn)。他們在研究中發(fā)現(xiàn)，雖然有些纖維材料強(qiáng)度較高，但染色性能較差，染色性能較好的纖維材料強(qiáng)度達(dá)不到要求。因此，無論是單纖維還是紡織品加工都不能滿足月球環(huán)境的要求。同時(shí)，還必須確保國旗在正負(fù)150攝氏度的溫差下卷起時(shí)不會(huì)粘在一起。

　　國旗展覽系統(tǒng)項(xiàng)目主任馬威說：“國旗展覽系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的艙外系統(tǒng)，自從運(yùn)載火箭放下整流罩，將軌道從地球轉(zhuǎn)移到月球，然后在月球著陸以來，它一直暴露在極其惡劣的環(huán)境中。我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果把地球上使用的國旗放在月球上，它的顏色會(huì)在短時(shí)間內(nèi)褪色、變色，甚至分解?！?/p>

　　對于第一次接受航天研制任務(wù)的團(tuán)隊(duì)來說，完全是摸著石頭過河，其巨大的技術(shù)問題擺在我們面前。為了保質(zhì)保量完成研發(fā)任務(wù)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)不畏困難，同時(shí)地毯式查閱文獻(xiàn)資料，進(jìn)行了廣泛的研究論證，并與國內(nèi)優(yōu)勢單位聯(lián)手，共同攻關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。因此，他們不得不走出去，與大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)合作，咨詢國內(nèi)許多知名紡織企業(yè)，尋找適合在月球上使用的纖維材料。

　　國旗展覽系統(tǒng)技術(shù)總監(jiān)程昌，說，研究團(tuán)隊(duì)花了一年多的時(shí)間進(jìn)行材料選擇，最終選擇了二三十種纖維材料。然后，通過包括熱匹配、耐高低溫、防靜電、防月塵等物理測試。研究小組最終決定采用一種新的復(fù)合材料，這種材料能夠滿足強(qiáng)度要求。它還能滿足染色性能要求，從而保證國旗能抵抗月表，的惡劣環(huán)境，不褪色、不變色、不變形。

　　用馬威的話說，雖然它只是一個(gè)單薄的國旗，但它的科技含量卻很高。

　　2、整個(gè)系統(tǒng)重量控制在1公斤

　　“嫦娥五號(hào)”國旗飛機(jī)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)線近2000mm900mm，整個(gè)系統(tǒng)重量只有1 kg。馬威說，選擇這樣的國旗尺寸是開發(fā)團(tuán)隊(duì)綜合考慮的結(jié)果，目的是盡可能突出視野，以便相機(jī)拍攝的照片可以看到月表，的一部分、深空的一部分和著陸器的一部分。如果國旗太大或太小，照片不能顯示豐富的元素。

　　由于“嫦娥五號(hào)”國旗展示系統(tǒng)的重量只有1kg，研究小組為減輕整個(gè)系統(tǒng)的重量付出了巨大的努力，這不僅需要輕質(zhì)材料，還需要“瘦身”設(shè)備。面對月表，惡劣的溫差環(huán)境，也需要對國旗顯示系統(tǒng)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和集成設(shè)計(jì)。

　　當(dāng)國旗展覽系統(tǒng)建立時(shí)，研究小組演示了使用四極、三極和兩極作為國旗方案。然而，考慮到復(fù)雜性和重量，最終選擇第二極進(jìn)行演示。

　　國旗展示系統(tǒng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李云峰，說：“我們之所以采用桿式結(jié)構(gòu)方案，是因?yàn)樗呛娇蘸教煜到y(tǒng)中相對成熟的技術(shù)，包括衛(wèi)星和航天器等航天器的太陽能電池帆板。桿結(jié)構(gòu)的目的是確?？煽啃??！?/p>

　　此外，為了控制整個(gè)國旗，顯示系統(tǒng)的重量，研究小組還對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，在選擇耐高溫和耐寒材料的基礎(chǔ)上，使支撐臂盡可能的薄和小。

　　國旗展覽系統(tǒng)中使用的支架結(jié)構(gòu)必須能夠承受冷熱交變、空間輻射和空間環(huán)境極低真空等惡劣環(huán)境試驗(yàn)。如果材料選擇不當(dāng)，可能會(huì)發(fā)生冷焊(即兩個(gè)接觸金屬在空間極低的真空環(huán)境下會(huì)粘在一起)，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)無法正常工作或開啟的問題。

　　李云峰說：“為了解決冷焊問題，我們對系統(tǒng)的所有機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵位置進(jìn)行了防冷焊處理，確保部件能夠滿足月表的空間環(huán)境和溫度要求，可以說，為了將國旗顯示系統(tǒng)的重量控制在1公斤，整個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了不懈的努力?！?/p>

　　3、多種試驗(yàn)確保機(jī)構(gòu)成功開展

　　確?？煽啃允钦麄€(gè)國旗展覽系統(tǒng)的首要任務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)涉及解鎖、支架展開、支架固定等步驟。如果支架不能在月球上成功部署，那么之前的所有努力都將付諸東流。

　　李云峰說：“每一個(gè)動(dòng)作都必須正常工作，這一系列動(dòng)作必須在一秒鐘內(nèi)完成。因此，我們的工作是一項(xiàng)重大責(zé)任和光榮使命?！?/p>

　　火工品是國旗，整個(gè)展示系統(tǒng)最基礎(chǔ)的部分，如果不能引爆和解鎖，后續(xù)行動(dòng)無法討論。所以負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)解鎖的火工品就成了關(guān)鍵。

　　程昌說，國旗展示系統(tǒng)中使用的火工品是中國同類用途和功能中最小的一種。小意味著它對環(huán)境適應(yīng)性非常敏感，粗心可能會(huì)失敗。尤其是面對月球惡劣的溫差環(huán)境，更需要保證在地面給它指令的情況下能夠成功引爆。

　　面對這個(gè)問題，研究小組通過將火工品放入-200左右的液氮罐中，在高溫環(huán)境下進(jìn)行了數(shù)十次實(shí)驗(yàn)，模擬在月球極端溫差下能否正常使用。

　　同時(shí)，在國旗顯示系統(tǒng)中與火工品同等重要的兩個(gè)扭簧是機(jī)構(gòu)支架展開的關(guān)鍵動(dòng)力源。

　　彈簧的彈性系數(shù)一般在-5至25范圍內(nèi)不變。如果超過100，降到-30以下，彈簧材料的強(qiáng)度會(huì)降低，彈性系數(shù)也會(huì)降低。

　　工業(yè)設(shè)備中常用的扭簧不能滿足國旗顯示系統(tǒng)展開機(jī)構(gòu)的要求。為此，研究小組專門找了彈簧廠家按要求定制，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行高低溫、長期壓縮和拉伸試驗(yàn)，并經(jīng)常觀察其力學(xué)變化，以保證扭簧的可靠性。

　　月球本身就很難挖土，還需要準(zhǔn)確地展示國旗，向我們的科學(xué)家致敬。

　　嫦娥五號(hào)現(xiàn)在到哪了?進(jìn)行到哪個(gè)階段了?

　　如上所述，嫦娥五號(hào)已經(jīng)進(jìn)入了在月球上起飛的階段，展示了我們的五星紅旗。

　　從國家航天局獲悉，12月3日23時(shí)10分，嫦娥五號(hào)Ascender 3000n發(fā)動(dòng)機(jī)工作約6分鐘，成功將搭載樣品的Ascender送入繞月軌道。這是我國首次實(shí)現(xiàn)地外天體起飛。

　　與地面起飛不同，嫦娥五號(hào)上升管的月球起飛沒有成熟的發(fā)射塔系統(tǒng)，著陸器相當(dāng)于上升管的“臨時(shí)塔”。立管的起飛存在一些問題，如起飛初始基準(zhǔn)和起飛平臺(tái)姿態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)羽流導(dǎo)流空間有限、地球與月球環(huán)境的差異等。此外，由于月球上沒有導(dǎo)航星座，所以在升空后，需要借助地面測控實(shí)現(xiàn)自主定位和姿態(tài)確定。

　　升空成功后，升降器經(jīng)過垂直上升、姿態(tài)調(diào)整和軌道注入三個(gè)階段，進(jìn)入預(yù)定的繞月軌道。然后，上升器將與在月球周圍等待的軌道返回組件會(huì)合并對接，并將月球樣本轉(zhuǎn)移到返回器，返回器將等待適當(dāng)?shù)脑碌厝肷浯翱?，并?zhǔn)備返回地球。

　　我們?yōu)槭裁匆ピ虑颉巴谕痢?如何采樣?有什么意義?

　　千百年來，月球一直是人類夢寐以求的理想國度，關(guān)于月球的猜測和想象層出不窮。幾十年前，隨著美國和前蘇聯(lián)先后登上月球獲取月球樣品，人類逐漸揭開了月球的神秘面紗。

　　“月壤是了解月球地殼巖石圈組成和分布特征，研究月球乃至地月系統(tǒng)演化歷史的絕佳樣本。它存在于月球表面，曾被微隕石和小行星撞擊過，所以它包含了有關(guān)微隕石和小行星撞擊歷史的信息?！编嵱来赫f，月壤是從月球固體巖石圈到太陽系空間的過渡地帶。暴露在宇宙射線和太陽風(fēng)中，它包含了太陽系空間的物質(zhì)和能量信息，也可以為了解太陽活動(dòng)歷史提供必要的信息。

　　月壤也是月球資源利用研究的重要載體。月壤，蘊(yùn)藏著豐富的資源，包括潛在的氦-3、鈦鐵礦和等資源，可為月球資源的開發(fā)利用和月球基地的選址提供重要的科學(xué)依據(jù)。例如，氦-3在世界上被認(rèn)為是一種高效、清潔和安全的核聚變發(fā)電燃料。據(jù)計(jì)算，100噸氦-3產(chǎn)生的能量相當(dāng)于全世界一年消耗的總能量。地球上氦-3的儲(chǔ)量很小，已知只有500公斤左右，世界上很容易獲得。之前的嫦娥項(xiàng)目證明，月壤氦-3儲(chǔ)量達(dá)到百萬噸，可以滿足人類大約一萬年的能源需求。事實(shí)上，隨著人類對月球認(rèn)識(shí)的加深，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)月球上氦-3的總儲(chǔ)存量可能會(huì)更多。

　　當(dāng)然，由于地球和月球之間的運(yùn)輸成本很高，所謂的月球資源沒有商業(yè)開發(fā)價(jià)值，只有潛在的開發(fā)價(jià)值?！叭绻幸惶烊祟惿钤谠虑蛏?，就有必要用月壤來生產(chǎn)建筑材料，鋪路，在月球上生產(chǎn)氧氣和水?！编嵱来赫f。

　　如果“嫦娥五號(hào)”帶回的樣本研究證明呂姆的克山是“年輕”的，那就提出了一個(gè)全新的問題：——月球內(nèi)部經(jīng)過數(shù)十億年的形成，怎么還能保留足夠噴發(fā)的熱量?如果我們能在這里獲得新的樣本，將有助于填補(bǔ)目前月球樣本的空白，促進(jìn)對月球火山活動(dòng)和演化歷史的了解。

　　同時(shí)，月球也為其他行星的“測年齡”提供了重要參考。一般來說，其他行星的“年齡”是根據(jù)月球隕石坑的大小、深度以及對周圍環(huán)境的影響來判斷的。舊區(qū)的隕石坑越來越大，而年輕區(qū)的隕石坑越來越少。根據(jù)這些隕石坑的“年齡”，利用月球上的土壤樣本可以獲得絕對日期。目前，月壤從8.5億年前到32億年前仍然是一個(gè)謎，而“嫦娥五號(hào)”可能提供了這個(gè)謎的答案。

　　自2004年“嫦娥”成立以來，中國探月工程已經(jīng)走過了16個(gè)年頭。2020年底，我們將收獲月球上最浪漫的禮物。五星紅旗首次在月球獨(dú)立展示，一起等待嫦娥五號(hào)的返回吧。月球挖土“打包”完成！可回顧查看。