哈工大團(tuán)隊(duì)揭秘：天問一號(hào)的五星紅旗在火星如何展開

來源：光明日?qǐng)?bào)

天問一號(hào)的五星紅旗在火星如何展開

6月11日，國家航天局舉行天問一號(hào)探測(cè)器著陸火星首批科學(xué)影像圖揭幕儀式，公布了由“祝融號(hào)”火星車拍攝的著陸點(diǎn)全景、火星地形地貌、“中國印跡”和“著巡合影”等影像圖。這批科學(xué)影像圖的發(fā)布，標(biāo)志著我國首次火星探測(cè)任務(wù)取得圓滿成功。

在“中國印跡”和“著巡合影”兩張影像圖中，鮮紅方正的中國國旗清晰可見。哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院冷勁松教授團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)并研制的中國國旗鎖緊展開機(jī)構(gòu)，歷經(jīng)202天地火轉(zhuǎn)移軌道飛行和93天環(huán)繞探測(cè)，飛行4.75億公里后，于2021年5月15日在天問一號(hào)著陸器上成功完成了中國國旗可控動(dòng)態(tài)展開，使我國成為世界上首個(gè)將形狀記憶聚合物智能結(jié)構(gòu)應(yīng)用于深空探測(cè)工程的國家。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所于20世紀(jì)90年代初，在杜善義院士的指導(dǎo)和支持下，在國內(nèi)較早地確立了智能材料與結(jié)構(gòu)的研究方向。在“理工結(jié)合，服務(wù)航天”發(fā)展理念的指導(dǎo)下，冷勁松教授團(tuán)隊(duì)在智能結(jié)構(gòu)力學(xué)、設(shè)計(jì)及其航天航空應(yīng)用等研究領(lǐng)域深耕細(xì)作、集智創(chuàng)新。該團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)率先研發(fā)了具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)氧基、氰酸酯基、聚酰亞胺基等系列形狀記憶聚合物材料(Shape Memory Polymer，SMP)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可調(diào)(37℃-322℃)，滿足空間極端惡劣環(huán)境下的使用要求。

冷勁松教授團(tuán)隊(duì)根據(jù)天問一號(hào)火星探測(cè)任務(wù)的總體任務(wù)需求，在中國空間技術(shù)研究院支持下，基于具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的形狀記憶聚合物復(fù)合材料，通過精細(xì)的力學(xué)理論分析和巧妙的智能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功研制出中國國旗鎖緊展開機(jī)構(gòu)。

天問一號(hào)從發(fā)射入軌到著陸火星歷經(jīng)9個(gè)多月時(shí)間，探測(cè)風(fēng)險(xiǎn)高、難度大，國旗鎖緊展開機(jī)構(gòu)面臨行星際空間環(huán)境、火星稀薄大氣、火星風(fēng)等挑戰(zhàn)，同時(shí)存在著陸環(huán)境不確定、地面無法干預(yù)等難點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品的可靠性提出了嚴(yán)苛的要求?！巴ㄟ^模擬火星環(huán)境下的力學(xué)、熱真空、熱循環(huán)和鎖緊展開功能等多次反復(fù)迭代的極端環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證，我們?yōu)橹懫脚_(tái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)制備了卷繞鎖定-展開模式的國旗鎖緊展開機(jī)構(gòu)，國旗展開過程與中國傳統(tǒng)書畫的展開方式類似，解決了低溫、輻照等極端惡劣使役環(huán)境下，長時(shí)間鎖定、低沖擊可靠展開的關(guān)鍵技術(shù)難題。”冷勁松表示。

據(jù)冷勁松介紹，在著陸火星前，國旗鎖緊展開機(jī)構(gòu)處于卷繞收納狀態(tài)，通過形狀記憶聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)長時(shí)間鎖定。著陸火星后通過加熱形狀記憶復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)超低沖擊解鎖和可控展開，釋放并展開五星紅旗(由蘭州空間技術(shù)物理研究所研制)。展開后，形狀記憶聚合物復(fù)合材料的剛度回復(fù)到與常規(guī)復(fù)合材料相當(dāng)?shù)乃?，提供高剛度承載功能。與貼裝、折疊收納展開等攜帶國旗方式相比，自主設(shè)計(jì)并研制的國旗鎖緊展開機(jī)構(gòu)的質(zhì)量輕、收納比高，可適用于較大尺寸國旗。與展開瞬態(tài)沖擊高達(dá)10000g以上的基于火工品的展開結(jié)構(gòu)相比，國旗鎖緊展開機(jī)構(gòu)幾乎無沖擊。

團(tuán)隊(duì)研制的國旗鎖緊展開機(jī)構(gòu)首次在火星上實(shí)現(xiàn)中國國旗的可控動(dòng)態(tài)展開，展開后的五星紅旗在火星風(fēng)的沐浴下迎風(fēng)飄揚(yáng)，為中國探測(cè)器在火星上打上“中國標(biāo)識(shí)”，為建黨100周年獻(xiàn)禮。

據(jù)悉，這是繼2016年、2020年哈工大科研團(tuán)隊(duì)在國際上首次實(shí)現(xiàn)地球同步軌道環(huán)境下形狀記憶聚合物復(fù)合材料及其柔性太陽能電池系統(tǒng)在軌成功驗(yàn)證之后，在國際上首次實(shí)現(xiàn)形狀記憶聚合物智能結(jié)構(gòu)在火星探測(cè)工程中應(yīng)用，標(biāo)志著我國在智能材料及其在航天器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域處于國際前列。

未來，基于形狀記憶聚合物復(fù)合材料的智能結(jié)構(gòu)等相關(guān)技術(shù)有望應(yīng)用于我國空間站、探月工程、載人登月、火星探測(cè)、木星探測(cè)、小行星探測(cè)、冰巨星探測(cè)、深空探測(cè)等重大航天工程，在航天、航空、汽車、高端裝備、智能制造、機(jī)器人及生物醫(yī)療等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。

(本報(bào)記者 張士英)