(图片来源于央视)
■ 中国工业报记者 孟凡君
中国在月球上展示一面技术含量很高的“石头版”织物国旗。6月3日,在月表取样完成后,“嫦娥六号”着陆器携带的一面由玄武岩纤维制成的 “石头版”五星红旗,在月球背面成功展开。
在阳光的照射下, “嫦娥”手中的国旗呈现出一抹鲜艳的 “中国红”。这是中国首次在月球背面独立动态展示国旗,也是继2020年12月3日嫦娥五号 “织物版”五星红旗在月球成功展示后,中国探测器在月球上再次打上“中国标识”。
“嫦娥六号”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,首次成功研制出能耐受高真空、高低温循环、强剂量紫外辐照等极端环境条件的高品质织物国旗。
据介绍,这面五星红旗采用来自太行山的玄武岩为主的复合材料制造,玄武岩占比62%。
“嫦娥六号”月面国旗和 “嫦娥五号”上的国旗规格一样,大小也是300mm×200mm,与A4纸差不多大。不过,玄武岩纤维的密度超出 “嫦娥五号”国旗原料密度近一倍。按常理推断,“石头版”国旗会更重,但 “嫦娥六号”国旗重量只有11.3克,比 “嫦娥五号”国旗还要轻0.5克。
与 “嫦娥五号”在太空飞行7天后到达月面相比,此次 “嫦娥六号”自5月3日出发后,在太空飞行了30天才落月,时间大幅增加,而且在奔月、绕月及落月的过程中高低温反复交替,国旗对环境的耐受性要求就更高。
接到 “嫦娥六号”月面展示国旗任务后,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月面国旗团队,针对此次任务中高低温交变、高真空及强紫外辐射等极端环境要求,遵从 “原位利用”的原则,决定采用与月壤化学成分相近的玄武岩作为 “嫦娥六号”国旗的核心材料。他们联合湖北汇尔杰玄武岩纤维有限公司和安徽华茂集团,历时近4年攻克了玄武岩超细纤维纺丝、纺纱、织造及色彩构建等诸多国际难题,首次成功研制出无温控保护、独立动态展示的 “石头版”高品质织物国旗。
中国工程院院士、武汉纺织大学校长徐卫林表示,玄武岩纤维具有非常优异的隔热抗辐射性能,能够抵御月表恶劣环境。但是,玄武岩纤维属于无机纤维,表面光滑、脆性易碎、模量高,难以纺制超细丝、纺纱、织造,以及构筑高牢度的颜色,这些都是要攻克的难题。
据介绍,“嫦娥六号”月面展示国旗的重量和质量要求非常严格,既要做到薄而软,又要做到强而韧。玄武岩纤维属无机纤维,脆性较大,耐磨性差,表面光滑,因此制备超细玄武岩纤维难、纺高品质纱难、构建高牢度颜色也难。
针对上述三大技术难点,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月面国旗研制团队,联合湖北汇尔杰玄武岩纤维有限公司创新设计了喷丝板内腔结构,并进行了梯形优化,再配合炉内分布式精准控温,成功实现了超细玄武岩纤维的稳定量产。
团队在理论设计的基础上,结合华茂集团在纺纱领域创新实践优势,利用柔性水溶性长丝和芳纶短纤分层防护,巧妙设计了 “双防护罩”结构,有效保护玄武岩长丝的同时还解决了玄武岩纤维高模量导致 “起小辫子”的行业难题。
光滑的玄武岩长丝对制作月面国旗又提出新的挑战,团队利用织物表面的芳纶短纤毛羽,使颜料中的粘合剂与其形成类似 “铆钉”锚定的效果,有效提升涂料的界面结合牢度与国旗图案的饱满度,保障国旗的月面展示效果。
该团队成员曹根阳说:“嫦娥六号五星红旗是玄武岩红旗,是月面原位制造的一种探索。”曹根阳介绍,由于月面玄武岩较多,未来建造月球基地需要就地取材。月球玄武岩做成片状或者管状建材,用于月面建造,这样比在地球上取材大大节省成本。
据了解,在 “嫦娥六号”“石头版”国旗研制的同时,月面国旗团队已经开启了玄武岩纤维拓展到对耐热、阻燃等领域的应用研究,如对阻燃隔热性能要求很高的阻燃防护服装以及高阻燃性箱包等,充分发挥超细玄武岩适应高温等特殊环境的能力。
徐卫林表示,未来玄武岩纤维作为轻质、柔性防护材料,将在航空航天,如宇航服、太空舱、月球基地等场景有越来越广泛的应用。