正负150℃的恶劣环境下不褪色！嫦娥五号月面国旗是什么材料制成的？

　　导读

　　经过约19小时月面工作，探月工程嫦娥五号探测器顺利完成月球表面自动采样，12月3日23时10分，上升器带着月球“土特产”顺利升空，踏上返航之旅。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，这是我国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”，也标志着月面国旗展示系统圆满成功。

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　　这是继2013年12月15日嫦娥三号着陆器与玉兔号月球车完美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的又一次在月球表面的成功展示，也让中国探测器在月球上再次打上“中国标识”。

　　但是，嫦娥五号探测器国旗展示的方式与“嫦娥三号”和“嫦娥四号”有很大不同，且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作为“嫦娥五号”月面国旗展示系统的研制抓总单位，联合武汉纺织大学、213所等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，克服了诸多困难。

　　月面环境恶劣，研制充满挑战

　　嫦娥五号月面国旗展示系统是有效载荷分系统的组成单机之一，也是有效载荷分系统唯一一个关键项目。与“嫦娥三号”“嫦娥四号”以及玉兔月球车上的国旗采用喷涂方式不同，“嫦娥五号”国旗则是一面真正的旗帜。

　　由于宇宙拥有很强的电磁辐射，以及月球表面有着正负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。

　　展示国旗在航天五院进行环境试验前准备

　　但是，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表示，“国旗展示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。我们通过试验发现，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。”

　　对于首次接受宇航研制任务的该团队来讲，完全是摸着石头过河，其巨大的技术难题摆在了眼前。为保质保量完成研制任务，研制团队不畏艰难，一边地毯式查阅文献资料，一边广泛开展调研论证，携手国内优势单位开展关键技术联合攻关。为此，他们只好走出去与大学和科研机构合作，咨询众多国内知名的纺织企业，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表示，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新型复合材料，这样既能满足强度要求，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，做到不褪色，不串色、不变形。

　　武汉纺织大学徐卫林教授和团队成员研讨国旗研制技术问题

　　多年技术攻关，保证航天品质

　　月面国旗展示系统由中国航天三江集团联合武汉纺织大学等单位共同研制，其中国旗由武汉纺织大学纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室徐卫林教授团队历时八年、持续攻关完成，华茂集团一同参与了研制及生产，华茂集团用其六十多年的生产经验，依靠严格的品质管控技术，提供了近于“苛刻”的质量保障，保证了国旗的航天品质。研制期间，探月工程三期总工程师胡浩、中国科学院空间中心、中国航天三江集团等单位领导专家多次来校指导。

　　武汉纺织大学向胡浩总师一行汇报国旗研制过程

　　此次月面展示国旗装载在着陆器外侧，无任何温控保护措施。当整流罩脱落后，国旗将面临着太空中的高度真空、高低温循环以及强计量紫外辐照等极端环境条件。为确保国旗在月面展示时的完美呈现，徐卫林教授团队经过一系列科技攻关，开发出了体现中国特色的耐极端环境条件的高性能纺织品国旗。

　　嫦娥五号“织物版”五星红旗飞向太空前留影

　　该面国旗以国产高性能芳纶纤维材料为主、采用武汉纺织大学荣获国家科技进步一等奖的“高效短流程嵌入式复合纺纱技术”，攻克了高模量差异纤维高品质纱线制备的技术难题，制备出高品质月面展示国旗面料；利用小分子调控技术实现了芳纶纤维的结构调控及颜色构建，并在此基础上实现了极端紫外条件下优良的耐日晒牢度。该面国旗同时利用武汉纺织大学荣获国家科技发明二等奖的“优质天然高分子材料的超细粉体化及其高附加值的再利用技术”制备了微纳米蚕丝粉体，利用其与颜料粒子的协同作用，从本质上解决了极端条件下颜料热升华及热迁移牢度问题。通过以上技术攻关，实现了国旗在太空环境中耐受极端高真空、高低温循环，以及强计量紫外辐照等条件的高色牢度颜色构建的目的。

　　据悉，该团队承担了该项任务后，还承担了“天问一号”等航空航天关键任务。未来，徐卫林教授所带领的纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室将不忘初心、坚持不懈，将月面展示国旗研发中取得的关键技术民用化，让航天技术普惠万家。

　　来源：中国航天报、武汉纺织大学