玄武岩如何织成五星红旗？还能当“防火魔法衣”？独家揭秘

2024-07-22
小编: 网络
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导读: 今年5月3日，嫦娥六号在中国文昌航天发射场发射，由长征五号送入地月转移轨道。在53天的时间里，嫦娥六号成功着陆月背南极“艾特肯盆地”的预选着陆区，并实现世界首次月背采样

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今年5月3日，嫦娥六号在中国文昌航天发射场发射，由长征五号送入地月转移轨道。在53天的时间里，嫦娥六号成功着陆月背南极“艾特肯盆地”的预选着陆区，并实现世界首次月背采样和起飞，并携带月壤于6月25日成功返回地球，往返超过76万公里。

在这份成功的背后，还有许多不为人知的故事。系列报道《月亮之上的科技“嫦娥”》，探索嫦娥探月背后的科技力量。今天我们一起关注首次在月球背面展示的五星红旗。

“石头版”五星红旗原料来自玄武岩

此次嫦娥六号在月背展示的国旗，对材质的要求非常特殊，它是用“石头”做成的。

在河北蔚县的一家采石场，这里正在采集的是一种叫玄武岩的石材。这里的玄武岩，是国内地层最古老、数量最多、种类最全的玄武岩群之一。

蔚县新源玄武岩矿业负责人朱兆春：玄武岩具有韧度高、耐腐蚀性、耐酸碱性、耐高温低温等优异性能。

朱兆春对玄武岩的特性很了解，但他不知道的是，玄武岩所具备的这些特性，正是嫦娥六号月面国旗研制团队一直在寻找的适合月球环境的材料。

嫦娥六号月面国旗研制团队成员武汉纺织大学教授王运利：月球的环境下，它的高低温是零下150℃和零上150℃这么高的温差。因为月球没有大气保护，紫外线会直接照射到物体上。所以说，对于国旗，它提出了更加严苛的环境的要求。

除了特性能够满足月球环境之外，研制团队在研究月壤成分的时候还发现，玄武岩也与月壤化学成分相近。

嫦娥六号月面国旗研制团队成员武汉纺织大学教授曹根阳：我们通过公开研究月壤的文献，发现月球上玄武岩的组分是很复杂的，有一二十种成分，最主要的是二氧化硅。我们就去匹配，对石头进行了分析，发现它的数据和月壤的成分非常接近。最终，我们选择了河北蔚县的玄武岩矿。

就这样，河北蔚县的玄武岩被选为制造嫦娥六号国旗的原材料。这些在地球存在了亿万年的石头，踏上了奔月之路。

千锤百炼石头变成超轻超薄布料

此次嫦娥六号选择“石头版”国旗进行月背展示，有一个非常重要的原因，就是把玄武岩制造国旗作为月面原位制造的一种探索。未来建造月球基地需要就地取材，把月球上的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了成本。

原料确定后，如何把石头变成布料，并精准控制重量，成了研制团队急需攻克的难题。

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，与一张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，这就会导致“石头版”国旗会更重。由于要用到航天器上，月面国旗的重量要求极为苛刻，需要在同样的尺寸大小下，保持一样的重量。研制人员推算出，这需要把玄武岩纤维做到每1000米重8.8克的密度才不会超重，但这么细的玄武岩纤维要怎么生产出来呢？

曹根阳告诉记者，当时工艺控制、炉子温度、喷丝板状态等等都在不断地调试，但是无论怎么做，10克每千米的密度指标都成了制作玄武岩纤维难以跨越的鸿沟。经过无数次的试验，在一次生产过程中发现，对喷丝板内腔结构进行梯形优化，再配合炉内分布式精准控温，可以解决玄武岩纤维特性不足的问题。

最终，研制团队成功实现了超细玄武岩纤维的稳定量产，他们做出来的嫦娥六号国旗的重量只有11.3克，比嫦娥五号国旗还要轻0.5克。

四年攻关月背完美呈现“中国红”

超细玄武岩纤维制造出来了，下一个挑战接踵而至。“如何给石头制造出来的纤维上色”成为摆在研制团队面前的又一难题。

由石头拉出的细丝和布料不同，表面特别光滑，颜料不能牢固地附着在旗面上。旗子做好了，颜色又上不去了，科研团队只能反复尝试，来找到解决的办法。

最后，研制团队结合嫦娥五号的经验，利用织物表面的芳纶短纤毛羽，使颜料中的黏合剂与其形成类似“铆钉”锚定的效果，有效提升涂料界面结合牢度与国旗图案的色彩饱满度，保障了国旗的月面展示效果。

科研人员告诉记者，从一根丝到一面旗，中间的工序少说也有四五十步。相较于嫦娥五号国旗研制的8年攻关，嫦娥六号国旗的科研攻关时间格外紧张，团队成员们几乎没有休息日，这些都是为了确保这面国旗能够经受住“千锤百炼”。

嫦娥六号月面国旗研制团队成员武汉纺织大学博士盛丹：力学实验就有4个，环境实验里面是有三步，包括前期测试之类的，至少在50步。最后是拿一面旗子，从头到尾经历了一次完整的实验，包括最后的展开。后来看到国旗机构展开的时候，看到机构展开的时候，伸出小手，觉得特别可爱、自豪。

月面国旗研制团队历时近4年，攻克了玄武岩超细纤维纺纱、织造及色彩构建等诸多国际难题，首次研制出无温控保护、独立动态展示的“石头版”高品质织物国旗，实现了我国首次在月球背面独立动态展示国旗。又一次在月球打上“中国标识”！

前景可期航天科技织就“防火魔法衣”

在“石头版”国旗研制的同时，月面国旗团队开启了将玄武岩纤维拓展到对耐热、阻燃等领域的应用研究。这些研究成果也让玄武岩有了更多的用武之地。

眼前闪烁着金褐色光泽的天然纤维，就是由坚硬的玄武岩拉丝而成。生产车间里，大批的玄武岩碎石被投进高炉，1500℃的高温下，岩石被熔化为液体，再通过转轴拉成肉眼几乎无法看到的细丝。而这一股纤维中，总共包含400根500微米的单丝。用手触摸一缕玄武岩纤维的单丝，其质感像头发丝一样，丝滑又极具韧性，由它们制成的衣服就是具有防火功能的“魔法衣”了。