近日，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立動態(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)紡織新材料與先進加工技術(shù)國家重點實驗室徐衛(wèi)林院士月面國旗團隊選用玄武巖材料，聯(lián)合湖北匯爾杰玄武巖纖維有限公司和安徽華茂集團，歷時近4年，攻克了玄武巖超細纖維紡絲、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、獨立動態(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、中國航天三江集團等單位領(lǐng)導(dǎo)專家多次到校指導(dǎo)，探月工程三期總設(shè)計師胡浩、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)。
選取玄武巖為核心材料
與“嫦娥五號”在太空飛行7天后到達月面相比，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)林帶領(lǐng)月面國旗團隊成員曹根陽教授、王運利教授、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。“玄武巖纖維具有非常優(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纖維，表面光滑、脆性易碎、模量高，難以紡制超細絲、紡紗、織造，以及構(gòu)筑高牢度的顏色，這些都是團隊要攻克的難題，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”國旗會更重。但是，團隊研發(fā)了大約為頭發(fā)絲直徑1/3的超細玄武巖纖維，最后做出來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。
巧妙設(shè)計“雙防護罩”結(jié)構(gòu)
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，又要做到強而韌，但玄武巖纖維屬無機纖維，脆性較大，耐磨性差，表面光滑，因此，制備超細玄武巖纖維難，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，月面國旗研制團隊聯(lián)合湖北匯爾杰玄武巖纖維有限公司創(chuàng)新設(shè)計了噴絲板內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，并進行了梯形優(yōu)化，再配合爐內(nèi)分布式精準(zhǔn)控溫，成功實現(xiàn)了超細玄武巖纖維的穩(wěn)定量產(chǎn)；團隊在理論設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合華茂集團在紡紗領(lǐng)域創(chuàng)新實踐優(yōu)勢，利用柔性水溶性長絲和芳綸短纖分層防護，巧妙設(shè)計了“雙防護罩”結(jié)構(gòu)，有效保護玄武巖長絲的同時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)，團隊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。
玄武巖纖維應(yīng)用前景可期
在嫦娥六號“石頭版”國旗研制的同時，月面國旗團隊已經(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服裝以及高阻燃性箱包等，充分發(fā)揮超細玄武巖適應(yīng)高溫等特殊環(huán)境的能力。
徐衛(wèi)林表示，未來玄武巖纖維作為輕質(zhì)、柔性防護材料，將在航空航天，如宇航服、太空艙、月球基地等場景會有越來越廣泛的應(yīng)用。
（來源：中國紡織報）
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