經(jīng)過約19小時(shí)月面工作，探月工程嫦娥五號(hào)探測(cè)器順利完成月球表面自動(dòng)采樣，12月3日23時(shí)10分，上升器帶著月球“土特產(chǎn)”順利升空，踏上返航之旅。

在完成采樣任務(wù)上升起飛前，著陸器攜帶的一面“織物版”五星紅旗在月面成功展開，這是我國(guó)在月球表面首次實(shí)現(xiàn)國(guó)旗的“獨(dú)立展示”，也標(biāo)志著月面國(guó)旗展示系統(tǒng)圓滿成功。這是繼2013年12月15日嫦娥三號(hào)著陸器與玉兔號(hào)月球車完美互拍實(shí)現(xiàn)中國(guó)國(guó)旗首次亮相月球，和2018年12月8日嫦娥四號(hào)探測(cè)器將國(guó)旗帶向月球背面后的又一次在月球表面的成功展示，也讓中國(guó)探測(cè)器在月球上再次打上“中國(guó)標(biāo)識(shí)”。

五星紅旗月面展示模擬圖丨中新網(wǎng)

但是，嫦娥五號(hào)探測(cè)器國(guó)旗展示的方式與嫦娥三號(hào)和嫦娥四號(hào)有很大不同，且研制難度又邁上了一個(gè)大臺(tái)階。中國(guó)航天科工集團(tuán)航天三江九部作為“嫦娥五號(hào)”月面國(guó)旗展示系統(tǒng)的研制單位，為了研制這套與眾不同的國(guó)旗展示系統(tǒng)，經(jīng)歷了諸多挑戰(zhàn)，克服了諸多困難。

選材花費(fèi)時(shí)間超過1年

嫦娥五號(hào)月面國(guó)旗展示系統(tǒng)是有效載荷分系統(tǒng)的組成單機(jī)之一，也是有效載荷分系統(tǒng)唯一一個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目。與嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)以及玉兔月球車上的國(guó)旗采用噴涂方式不同，嫦娥五號(hào)國(guó)旗則是一面真正的旗幟。

由于宇宙擁有很強(qiáng)的電磁輻射，以及月球表面有著正負(fù)150攝氏度的溫差等惡劣環(huán)境，這就決定了普通國(guó)旗無法在月球上使用。

在國(guó)旗展示系統(tǒng)立項(xiàng)初期，科研團(tuán)隊(duì)為此設(shè)計(jì)了多種展示形式，既有記憶合金展示方案、伺服升旗方案、機(jī)構(gòu)展示方案等通過卷軸形式展開國(guó)旗，也有通過折扇形式展開國(guó)旗等方案，但通過高低溫試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，只有卷軸形式展開的國(guó)旗比較平整，不會(huì)出現(xiàn)褶皺等情況。

但是，如何保證國(guó)旗展開時(shí)擁有足夠的強(qiáng)度，保持平整，研制團(tuán)隊(duì)圍繞這一問題做了很多理論研究和模擬試驗(yàn)。他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，雖然有些纖維材料的強(qiáng)度很高，但染色性能較差，染色性能較好的纖維材料，強(qiáng)度又達(dá)不到要求，因此，單一纖維和紡織工藝都無法滿足月面環(huán)境的要求。同時(shí)，還要保證國(guó)旗卷起時(shí)在正負(fù)150攝氏度溫差環(huán)境下不能粘連在一起。

國(guó)旗展示系統(tǒng)項(xiàng)目指揮馬威表示，“國(guó)旗展示系統(tǒng)是艙外單機(jī)系統(tǒng)，自運(yùn)載火箭拋掉整流罩后，從地月轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)入月球軌道，再到探測(cè)器著陸在月球上，它都一直暴露在極端惡劣環(huán)境中。我們通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果把地球上使用的國(guó)旗放在月球上，它的顏色在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)褪色、串色，甚至分解?！?

對(duì)于首次接受宇航研制任務(wù)的該團(tuán)隊(duì)來講，完全是“摸著石頭過河”，其巨大的技術(shù)難題擺在了眼前。為保質(zhì)保量完成研制任務(wù)，研制團(tuán)隊(duì)不畏艱難，一邊地毯式查閱文獻(xiàn)資料，一邊廣泛開展調(diào)研論證，攜手國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)單位開展關(guān)鍵技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)。為此，他們只好走出去與大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)合作，咨詢眾多國(guó)內(nèi)知名的紡織企業(yè)，尋找適合在月球上使用的纖維材料。

國(guó)旗展示系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人程昌表示，科研團(tuán)隊(duì)在選材上花費(fèi)的時(shí)間就超過1年，最終挑選出了二三十種纖維材料，然后通過做包括熱匹配性，耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等在內(nèi)的物理試驗(yàn),科研團(tuán)隊(duì)最終決定采用某新型復(fù)合材料,既能滿足強(qiáng)度要求，又能滿足染色性能要求，從而保證國(guó)旗能夠抵御月表惡劣的環(huán)境，做到不褪色，不串色、不變形。

用馬威的話來講，雖然只是一面薄薄的國(guó)旗，但科技含量十分高。

整個(gè)系統(tǒng)重量控制在1公斤

嫦娥五號(hào)國(guó)旗平面運(yùn)動(dòng)包絡(luò)將近2000mm×900mm，整個(gè)系統(tǒng)的重量只有1公斤。馬威表示，選擇這樣的旗面尺寸是研制團(tuán)隊(duì)經(jīng)過綜合考慮的結(jié)果，目的是盡量突出視場(chǎng)效果，讓相機(jī)拍出來的照片即能看到月表一部分，深空一部分，也能看到著陸器的一部分，如果國(guó)旗太大或太小，照片都無法呈現(xiàn)出豐富的元素。

由于嫦娥五號(hào)國(guó)旗展示系統(tǒng)的重量只有1公斤，研制團(tuán)隊(duì)圍繞整個(gè)系統(tǒng)在減重問題上下了大量工夫，不僅材料要輕質(zhì)化，而且還要對(duì)設(shè)備進(jìn)行“瘦身”。面對(duì)月表惡劣的溫差環(huán)境，也對(duì)國(guó)旗展示系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)、集成設(shè)計(jì)提出了很高要求。

國(guó)旗展示系統(tǒng)立項(xiàng)時(shí)，研制團(tuán)隊(duì)先后論證過采用四級(jí)桿、三級(jí)桿和二級(jí)桿來作為國(guó)旗的方案，但考慮到復(fù)雜性和重量等原因，最終選擇使用二級(jí)桿的方式來呈現(xiàn)。

國(guó)旗展示系統(tǒng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李云峰表示，“我們之所以采用桿系結(jié)構(gòu)方案，是因?yàn)樗诤教煜到y(tǒng)里算比較成熟的技術(shù)，包括衛(wèi)星、飛船等航天器的太陽能電池帆板展開，使用的都是桿系結(jié)構(gòu)，其目的就是保證可靠性?！?

另外，為了控制整個(gè)國(guó)旗展示系統(tǒng)的重量，研制團(tuán)隊(duì)還對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在選取耐高溫、抗嚴(yán)寒材料的基礎(chǔ)上盡量將支架臂做薄、做小。

國(guó)旗展示系統(tǒng)使用的支架結(jié)構(gòu)在空間環(huán)境中要承受冷熱交變、空間輻照、極低真空等惡劣環(huán)境考驗(yàn)，如果選材不當(dāng)，可能會(huì)發(fā)生冷焊（即兩塊接觸金屬在太空極低真空環(huán)境下會(huì)粘連一起），由此帶來的問題是機(jī)構(gòu)不能正常工作或打開。

李云峰表示，“為了解決冷焊問題，我們對(duì)系統(tǒng)所有的機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵位置都進(jìn)行了防冷焊處理，以保證部件能滿足太空環(huán)境和月表對(duì)溫度的要求。可以說，我們?yōu)榱藢?guó)旗展示系統(tǒng)的重量控制在1公斤，整個(gè)研制團(tuán)隊(duì)做出了不懈努力?！?

多種試驗(yàn)確保機(jī)構(gòu)成功開展

保證可靠性是整個(gè)國(guó)旗展示系統(tǒng)的第一任務(wù)，整套系統(tǒng)涉及解鎖、支架展開、支架固定等步驟，如果支架無法在月球上成功展開，一切都將前功盡棄。

李云峰表示，“每一個(gè)動(dòng)作都要確保工作正常，而且這一系列動(dòng)作都必須在1秒鐘內(nèi)完成。所以，我們的工作是責(zé)任重大、使命光榮?！?

火工品是整個(gè)國(guó)旗展示系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的一環(huán)，如果它無法起爆解鎖，后續(xù)動(dòng)作就無從談起。因此，負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)解鎖的火工品爆炸裝置成為了關(guān)鍵。

程昌表示，國(guó)旗展示系統(tǒng)使用的火工品在國(guó)內(nèi)同等用途和功能中屬于最小之一。小，意味著它對(duì)環(huán)境適應(yīng)性十分敏感，稍有不慎就可能失效，尤其是面對(duì)月球惡劣的溫差環(huán)境，更需要保證地面給它指令時(shí)就能成功起爆。

面對(duì)這一難題，研制團(tuán)隊(duì)通過將火工品放在-200℃左右的液氮罐里和高溫環(huán)境下進(jìn)行了幾十次試驗(yàn)，模擬它在月球極大溫差環(huán)境下能否正常使用。

與此同時(shí)，在國(guó)旗展示系統(tǒng)中與火工品同樣重要的2根扭簧則是機(jī)構(gòu)支架展開的關(guān)鍵動(dòng)力源。

彈簧的彈性系數(shù)在-5℃到2℃的范圍內(nèi)一般不會(huì)發(fā)生變化，如果超過100℃和低于-30℃都會(huì)導(dǎo)致彈簧材料的強(qiáng)度降低，彈性系數(shù)也隨之降低。

工業(yè)中設(shè)備中常用的扭簧肯定無法滿足國(guó)旗展示系統(tǒng)展開機(jī)構(gòu)的要求，為此，研制團(tuán)隊(duì)專門找到彈簧生產(chǎn)廠家按照要求專門定制，然后在試驗(yàn)室里對(duì)其進(jìn)行高低溫、長(zhǎng)期壓緊、拉伸等試驗(yàn)，以及經(jīng)常觀察它的力學(xué)變化情況，以保證扭簧的可靠性。