
6月3日,月表取樣完成后,嫦娥六號著陸器攜帶的一面由玄武巖纖維制成的“石頭版”五星紅旗在月球背面成功展開,嫦娥手中的國旗在陽光的照射下呈現(xiàn)出一抹鮮艷的中國紅。這是中國首次在月球背面獨(dú)立動(dòng)態(tài)展示國旗,也是繼2020年12月3日嫦娥五號“織物版”五星紅旗在月球成功展示后,中國探測器在月球上再次打上“中國標(biāo)識”。
嫦娥六號月面國旗展示系統(tǒng)由中國航天三江集團(tuán)聯(lián)合武漢紡織大學(xué)等單位共同研制。針對此次任務(wù)中高低溫交變、高真空及強(qiáng)紫外輻射等極端環(huán)境要求,武漢紡織大學(xué)紡織新材料與先進(jìn)加工技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐衛(wèi)林院士月面國旗團(tuán)隊(duì)選用玄武巖材料,聯(lián)合湖北匯爾杰玄武巖纖維有限公司和安徽華茂集團(tuán),歷時(shí)近4年,攻克了玄武巖超細(xì)纖維紡絲、紡紗、織造及色彩構(gòu)建等諸多國際難題,首次成功研制出無溫控保護(hù)、獨(dú)立動(dòng)態(tài)展示的“石頭版”高品質(zhì)織物國旗。研制期間,探月工程三期探測器系統(tǒng)總指揮、總設(shè)計(jì)師楊孟飛院士,中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心、中國航天三江集團(tuán)等單位領(lǐng)導(dǎo)專家多次來校指導(dǎo),探月工程三期總設(shè)計(jì)師胡浩、火山地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)家劉嘉麒院士等也給予了鼎力支持和指導(dǎo)。
與“嫦娥五號”在太空飛行7天后到達(dá)月面相比,此次“嫦娥六號”自5月3日出發(fā)后,在太空飛行了30天才落月,時(shí)間大幅增加。在奔月、繞月及落月的過程中,高低溫反復(fù)交替,國旗對環(huán)境的耐受性要求就更高。
接到嫦娥六號月面展示國旗任務(wù)后,徐衛(wèi)林院士帶領(lǐng)月面國旗團(tuán)隊(duì)成員曹根陽教授、王運(yùn)利教授、盛丹博士,遵從“原位利用”的原則,決定采用與月壤化學(xué)成分相近的玄武巖作為嫦娥六號國旗的核心材料?!靶鋷r纖維具有非常優(yōu)異的隔熱抗輻射性能,能夠抵御月表惡劣環(huán)境。但玄武巖纖維屬于無機(jī)纖維,表面光滑、脆性易碎、模量高,難以紡制超細(xì)絲、紡紗、織造,以及構(gòu)筑高牢度的顏色,這些都是團(tuán)隊(duì)要攻克的難題,可以說這是一面技術(shù)含量很高的‘石頭版’織物國旗。”徐衛(wèi)林院士介紹。
嫦娥六號月面國旗和嫦娥五號上的國旗規(guī)格一樣,大小也是300mm×200mm,與A4紙差不多大。不過,玄武巖纖維的密度超出嫦娥五號國旗原料密度近一倍,按常理推斷“石頭版”國旗會(huì)更重。但是,團(tuán)隊(duì)研發(fā)了大概是頭發(fā)絲直徑三分之一的超細(xì)玄武巖纖維,最后做出來的嫦娥六號國旗的重量只有11.3克,比嫦娥五號國旗還要輕0.5克。
嫦娥六號月面展示國旗的重量和質(zhì)量要求非常嚴(yán)格,既要做到薄而軟,又要做到強(qiáng)而韌,但玄武巖纖維屬無機(jī)纖維,脆性較大,耐磨性差,表面光滑,因此,制備超細(xì)玄武巖纖維難,紡高品質(zhì)紗難,構(gòu)建高牢度顏色也難。
針對上述三大技術(shù)難點(diǎn),月面國旗研制團(tuán)隊(duì)聯(lián)合湖北匯爾杰玄武巖纖維有限公司創(chuàng)新設(shè)計(jì)了噴絲板內(nèi)腔結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了梯形優(yōu)化,再配合爐內(nèi)分布式精準(zhǔn)控溫,成功實(shí)現(xiàn)了超細(xì)玄武巖纖維的穩(wěn)定量產(chǎn);團(tuán)隊(duì)在理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,結(jié)合華茂集團(tuán)在紡紗領(lǐng)域創(chuàng)新實(shí)踐優(yōu)勢,利用柔性水溶性長絲和芳綸短纖分層防護(hù),巧妙設(shè)計(jì)了“雙防護(hù)罩”結(jié)構(gòu),有效保護(hù)玄武巖長絲的同時(shí)還解決了玄武巖纖維高模量導(dǎo)致“起小辮子”的行業(yè)難題;光滑的玄武巖長絲對制作月面國旗又提出新的挑戰(zhàn),團(tuán)隊(duì)利用織物表面的芳綸短纖毛羽,使顏料中的粘合劑與其形成類似“鉚釘”錨定的效果,有效提升涂料的界面結(jié)合牢度與國旗圖案的飽滿度,保障國旗的月面展示效果。通過以上技術(shù)攻關(guān),首次成功研制出能耐受高真空、高低溫循環(huán)、強(qiáng)劑量紫外輻照等極端環(huán)境條件的“石頭版”高品質(zhì)織物國旗。
在嫦娥六號“石頭版”國旗研制的同時(shí),月面國旗團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開啟了玄武巖纖維拓展到對耐熱、阻燃等領(lǐng)域的應(yīng)用研究,如對阻燃隔熱性能要求很高的阻燃防護(hù)服裝以及高阻燃性箱包等,充分發(fā)揮超細(xì)玄武巖適應(yīng)高溫等特殊環(huán)境的能力。
徐衛(wèi)林院士表示,未來玄武巖纖維作為輕質(zhì)、柔性防護(hù)材料,將在航空航天,如宇航服、太空艙、月球基地等場景會(huì)有越來越廣泛的應(yīng)用。