原標題：哈工大團隊揭秘：天問一號的五星紅旗在火星如何展開

來源：光明日報

天問一號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探測器著陸火星首批科學影像圖揭幕儀式，公布了由“祝融號”火星車拍攝的著陸點全景、火星地形地貌、“中國印跡”和“著巡合影”等影像圖。這批科學影像圖的發(fā)布，標志著我國首次火星探測任務取得圓滿成功。

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)大學航天學院冷勁松教授團隊自主設計并研制的中國國旗鎖緊展開機構(gòu)，歷經(jīng)202天地火轉(zhuǎn)移軌道飛行和93天環(huán)繞探測，飛行4.75億公里后，于2021年5月15日在天問一號著陸器上成功完成了中國國旗可控動態(tài)展開，使我國成為世界上首個將形狀記憶聚合物智能結(jié)構(gòu)應用于深空探測工程的國家。

哈爾濱工業(yè)大學航天學院復合材料與結(jié)構(gòu)研究所于20世紀90年代初，在杜善義院士的指導和支持下，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，服務航天”發(fā)展理念的指導下，冷勁松教授團隊在智能結(jié)構(gòu)力學、設計及其航天航空應用等研究領域深耕細作、集智創(chuàng)新。該團隊在國內(nèi)率先研發(fā)了具有獨立自主知識產(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。

冷勁松教授團隊根據(jù)天問一號火星探測任務的總體任務需求，在中國空間技術(shù)研究院支持下，基于具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的形狀記憶聚合物復合材料，通過精細的力學理論分析和巧妙的智能結(jié)構(gòu)設計，成功研制出中國國旗鎖緊展開機構(gòu)。

天問一號從發(fā)射入軌到著陸火星歷經(jīng)9個多月時間，探測風險高、難度大，國旗鎖緊展開機構(gòu)面臨行星際空間環(huán)境、火星稀薄大氣、火星風等挑戰(zhàn)，同時存在著陸環(huán)境不確定、地面無法干預等難點，對產(chǎn)品的可靠性提出了嚴苛的要求。“通過模擬火星環(huán)境下的力學、熱真空、熱循環(huán)和鎖緊展開功能等多次反復迭代的極端環(huán)境試驗驗證，我們?yōu)橹懫脚_創(chuàng)新設計制備了卷繞鎖定-展開模式的國旗鎖緊展開機構(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，長時間鎖定、低沖擊可靠展開的關鍵技術(shù)難題。”冷勁松表示。

據(jù)冷勁松介紹，在著陸火星前，國旗鎖緊展開機構(gòu)處于卷繞收納狀態(tài)，通過形狀記憶聚合物復合材料結(jié)構(gòu)實現(xiàn)長時間鎖定。著陸火星后通過加熱形狀記憶復合材料實現(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，形狀記憶聚合物復合材料的剛度回復到與常規(guī)復合材料相當?shù)乃剑峁└邉偠瘸休d功能。與貼裝、折疊收納展開等攜帶國旗方式相比，自主設計并研制的國旗鎖緊展開機構(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，國旗鎖緊展開機構(gòu)幾乎無沖擊。

團隊研制的國旗鎖緊展開機構(gòu)首次在火星上實現(xiàn)中國國旗的可控動態(tài)展開，展開后的五星紅旗在火星風的沐浴下迎風飄揚，為中國探測器在火星上打上“中國標識”，為建黨100周年獻禮。

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

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

(本報記者 張士英)

[責任編輯：楊凡、崔中連]

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