嫦娥五号上的国旗:选材1年、正负150℃下不褪色

12月3日23时10分，嫦娥五号上升器带着月球“土特产”顺利升空，踏上返航之旅。在完成采样任务点火起飞前，嫦娥五号着上组合体携带的一面“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”。



五星红旗月面展示模拟图

此次国旗展示，从打开到竖起仅耗时1秒钟，由一套专门设计的国旗展示系统完成。这是继嫦娥三号、四号任务之后，五星红旗再次亮相月球，为月球又一次打上“中国标识”。

选材花费时间超过1年

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。与嫦娥三号、嫦娥四号上的国旗采用喷涂方式不同，嫦娥五号亮出的国旗是一面真正的旗帜。这种旗杆式国旗在我国探月工程中是首次使用。

由于宇宙中拥有很强的电磁辐射，且月球表面有正负150摄氏度的温差等恶劣环境，普通材质的旗帜无法在月球上使用。国旗展示系统项目指挥马威表示，科研团队通过试验发现，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。

为此，科研团队花费了超过1年时间，挑选出二三十种纤维材料，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，最终决定采用某新型复合材料，制成了嫦娥五号展示的国旗。据国旗展示系统技术负责人程昌介绍，这种材料既能满足强度要求，又能满足染色性能要求，从而保证国旗抵御月表恶劣的环境，做到不褪色、不串色、不变形。

整个系统重量控制在1公斤

嫦娥五号国旗展示系统的重量只有1公斤。围绕整个系统的减重问题，研制团队不仅要实现材料轻质化，而且还要对设备进行“瘦身”。而月表恶劣的温差环境，也对国旗展示系统的工艺设计、集成设计提出了很高要求。

国旗展示系统立项时，研制团队先后论证过采用四级杆、三级杆和二级杆方案，但考虑到复杂性和重量等原因，最终选择使用二级杆方式来呈现国旗。据国旗展示系统项目负责人李云峰介绍，最终采用的杆系结构方案是在航天系统里比较成熟的技术，包括卫星、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，其目的就是保证可靠性。



中国航天科工国旗展示系统设计团队开展技术研讨（来源：中国航天科工集团）

与此同时，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。据悉，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、极低真空等恶劣环境考验，如果选材不当，可能会发生冷焊，即两块接触金属在太空极低真空环境下粘连一起，导致机构无法正常工作或打开。对此，研制团队对系统所有的机构和关键位置都进行了防冷焊处理，以保证部件能满足太空环境和月表对温度的要求。

多种试验确保机构成功开展

嫦娥五号国旗展示系统涉及解锁、支架展开、支架固定等步骤，保证可靠性是整个系统的第一任务。“每一个动作都要确保工作正常，而且这一系列动作都必须在1秒钟内完成。”李云峰表示。

火工品是整个国旗展示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。据程昌介绍，国旗展示系统使用的火工品，在国内同等用途和功能中属于最小之一。小，意味着它对环境适应性十分敏感，稍有不慎就可能失效，尤其是面对月球恶劣的温差环境，更需要保证地面给它指令时就能成功起爆。

面对这一难题，研制团队将火工品放在零下200摄氏度左右的液氮罐里以及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。



中国航天科工国旗展示系统研制团队研讨制造工艺（来源：中国航天科工集团）

此外，机构支架展开的关键动力源——2根扭簧，同样至关重要。弹簧的弹性系数在零下5摄氏度至25摄氏度的范围内一般不会发生变化，如果超过100摄氏度和低于零下30摄氏度，都会导致弹簧材料的强度降低，弹性系数也会随之降低。

工业中设备中常用的扭簧，自然无法满足国旗展示系统展开机构的要求。面对这种情况，研制团队找到厂家按照需求专门订制，然后对其开展高低温、长期压紧、拉伸等试验，观察其力学变化情况，以保证扭簧的可靠性。

月球上第一面织物版五星红旗“湖北造”

出国旗，起飞回家！12月4日，国家航天局发布消息，12月3日23时10分，嫦娥五号上升器3000N发动机工作约6分钟，成功将携带样品的上升器送入到预定环月轨道。这是我国首次实现地外天体起飞。点火起飞前，着上组合体实现月面国旗展开以及上升器、着陆器的解锁分离。此次国旗展开是我国在月球表面首次实现国旗的“独立展示”。这面国旗由武汉纺织大学徐卫林教授团队历时八年研制而成。当天，湖北日报全媒记者采访了徐卫林教授及团队核心成员。





徐卫林教授为胡浩总师一行介绍国旗研制过程

自主研发月球上第一面国旗

“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，这对月面展示国旗研制提出了非常高的要求。”徐卫林教授介绍，“我们团队经过一系列的科技攻关，开发出了体现中国特色的耐极端环境条件的高性能织物国旗。”

该面国旗以国产高性能芳纶纤维材料为主、采用徐卫林教授荣获了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。团队成员曹根阳表示，“在该技术的支撑下，我们制备的月面展示国旗约为一张A４纸大小，重量不足12克，比航天要求的重量降低了40%。”

当着陆器到达月球表面后，将通过中国航天三江集团研制的展示装置自动弹开展示国旗。团队成员王运利表示“着陆器飞行过程中，太阳照射时，温度会迅速上升；背阴时，温度会快速下降，所以要求我们的国旗必须能经受零上150度和零下150度的温差考验。”第一次在北京接受太空环境模拟实验时，出现了红黄串色问题。在高真空、高低温交变的环境中，颜料发生了热升华和热迁移。经多次反复实验，确定利用本团队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，利用其高比表面积及高活化能的特点，与颜料粒子产生协同作用，从本质上解决了极端条件下红黄串色的问题。王运利强调，这一关键之举最终实现了这面国旗最核心的技术难点突破。

团队成员盛丹指出，适应太空中的强紫外环境，是国旗研制中需要突破的另一个技术瓶颈。经过一年多的攻关，团队利用小分子调控技术为蚕丝粉体以及芳纶等材料穿上了一层保护衣，在实现了国旗颜色构建的基础上，同时解决了其耐高剂量紫外线辐射的技术难题。

现在，嫦娥五号上升器已经点火起飞，着陆器和国旗将永远留在月球上。“看到亲手研制的五星红旗在月球上惊艳亮相，徐卫林教授高兴地说，“我们团队还承担了“天问一号”关键器件的研发等航空航天项目。同时，我们还将致力于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”。

据悉，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。



徐卫林教授和团队成员王运利、曹根阳、盛丹、潘恒研讨国旗研制技术问题

团队历时８年辛勤耕耘

研制月球上的国旗，始于2012年。除徐卫林教授外，团队还有王运利、曹根阳、盛丹、潘恒四位核心成员。

2015年正是核心技术的攻关关键时期，团队辗转武汉、北京、上海三地轮番做实验。“实验一开始，往往需要连续做几十个小时，且仪器旁边不能离人，我，王运利，盛丹，三人个２４轮流值班，一人做满８小时，才将整个实验做下来。”曹根阳回忆。

“徐卫林教授是团队的灵魂，当我们遇到困难时，他总是鼓励我们。”盛丹说，他常常对我们说三个字，忍，韧、仁。科研是一项长期坚持的工作，当你孤军奋战时，要忍得住寂寞，静得下心。做实验，有时要持续几周、几个月，甚至半年，最后得到的结论可能是不行，要推翻重来，越是这个时候越离真相越近，要有韧性。“我们在做国旗实验时，多次实验、多次失败，险些要放弃了，在最无助的时候，是徐教授说不要急也不要灰心，我们坐下来一起讨论，总会有新的转机。”曹根阳说：“我们一次又一次尝试，不断失败不断尝试，最后突破核心技术，非常难办的问题都解决了。”几位核心成员都认为，国旗能有今天这样的成果，离不开徐卫林教授的创新意识。“要有仁爱之心，要有团队精神。”徐卫林教授的话，也一直鼓励着团队的每一位成员。

湖北日报记者了解到，嫦娥三号、嫦娥四号探月时均有展示国旗，但都是将国旗图案印制在探测器侧面，嫦娥五号是首次实现国旗在月球的“独立展示”，且是第一面纺织品国旗。



极端环境展示国旗的故事

深海国旗

2010年，中国载人潜水器“蛟龙号”创造的最大下潜深度是3759米。海试期间，潜航员通过机械手，先后将一面五星红旗和标志物“龙宫”布放到南海海底，并完成一系列作业目标。

这面深海国旗是我国自主研发的，由于海底的特殊环境，它们都是采用抗腐蚀性优越的钛合金材料，表面经过颜色处理，国旗能始终保持“飘扬”的姿态。

太空自拍国旗

2020年10月1日，在举国欢度国庆、中秋双节之际，国家航天局发布我国首次火星探测任务天问一号探测器飞行图像，图上的五星红旗光彩夺目，呈现出鲜艳的中国红。这是我国天问一号探测器首次深空“自拍”，茫茫宇宙中银色的着陆巡视器和金色的环绕器熠熠生辉，天问一号以此向祖国报告平安，表达生日祝福。探测器上的五星红旗，尺寸约为39厘米×26厘米，略小于一张A3纸，重量144克，图案采用特殊材料经特殊套印工艺喷涂。

航天员太空手持国旗

2008年9月27日下午16点40分左右，-中国航天员翟志刚顺利打开神舟七号飞船轨道舱舱门，在幽蓝色地球的背景下，翟志刚在太空中挥动着一面国旗向全国人民致意，中国人太空出舱的梦想就此实现。这面由上百位科技人员通过十字绣一针一线绣织而成的五星红旗，在太空中飘扬着，无比鲜艳。通过电视信号，全世界观众见证了这一激动人心的画面。北京航天飞行控制中心大厅内，掌声、欢呼声久久不绝。

（湖北日报全媒记者龚雪 通讯员周洋、郑婷）



武汉纺织大学研制的嫦娥五号“织物版”五星红旗飞向太空前留影



展示国旗在航天五院进行环境试验前准备 阅读原文