今年5月3日，嫦娥六號在中國文昌航天發(fā)射場發(fā)射，由長征五號送入地月轉(zhuǎn)移軌道。在53天的時間里，嫦娥六號成功著陸月背南極“艾特肯盆地”的預(yù)選著陸區(qū)，并實現(xiàn)世界首次月背采樣和起飛，并攜帶月壤于6月25日成功返回地球，往返超過76萬公里。
在這份成功的背后，還有許多不為人知的故事。系列報道《月亮之上的科技“嫦娥”》，探索嫦娥探月背后的科技力量。今天我們一起關(guān)注首次在月球背面展示的五星紅旗。
“石頭版”五星紅旗 原料來自玄武巖
此次嫦娥六號在月背展示的國旗，對材質(zhì)的要求非常特殊，它是用“石頭”做成的。
在河北蔚縣的一家采石場，這里正在采集的是一種叫玄武巖的石材。這里的玄武巖，是國內(nèi)地層最古老、數(shù)量最多、種類最全的玄武巖群之一。
蔚縣新源玄武巖礦業(yè)負(fù)責(zé)人 朱兆春：玄武巖具有韌度高、耐腐蝕性、耐酸堿性、耐高溫低溫等優(yōu)異性能。
朱兆春對玄武巖的特性很了解，但他不知道的是，玄武巖所具備的這些特性，正是嫦娥六號月面國旗研制團隊一直在尋找的適合月球環(huán)境的材料。
嫦娥六號月面國旗研制團隊成員 武漢紡織大學(xué)教授 王運利：月球的環(huán)境下，它的高低溫是零下150℃和零上150℃這么高的溫差。因為月球沒有大氣保護，紫外線會直接照射到物體上。所以說，對于國旗，它提出了更加嚴(yán)苛的環(huán)境的要求。
除了特性能夠滿足月球環(huán)境之外，研制團隊在研究月壤成分的時候還發(fā)現(xiàn)，玄武巖也與月壤化學(xué)成分相近。
嫦娥六號月面國旗研制團隊成員 武漢紡織大學(xué)教授 曹根陽：我們通過公開研究月壤的文獻，發(fā)現(xiàn)月球上玄武巖的組分是很復(fù)雜的，有一二十種成分，最主要的是二氧化硅。我們就去匹配，對石頭進行了分析，發(fā)現(xiàn)它的數(shù)據(jù)和月壤的成分非常接近。最終，我們選擇了河北蔚縣的玄武巖礦。
就這樣，河北蔚縣的玄武巖被選為制造嫦娥六號國旗的原材料。這些在地球存在了億萬年的石頭，踏上了奔月之路。
千錘百煉 石頭變成超輕超薄布料
此次嫦娥六號選擇“石頭版”國旗進行月背展示，有一個非常重要的原因，就是把玄武巖制造國旗作為月面原位制造的一種探索。未來建造月球基地需要就地取材，把月球上的玄武巖做成片狀或者管狀建材，用于月面建造，這樣比在地球上取材大大節(jié)省了成本。
原料確定后，如何把石頭變成布料，并精準(zhǔn)控制重量，成了研制團隊急需攻克的難題。
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，與一張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，這就會導(dǎo)致“石頭版”國旗會更重。由于要用到航天器上，月面國旗的重量要求極為苛刻，需要在同樣的尺寸大小下，保持一樣的重量。研制人員推算出，這需要把玄武巖纖維做到每1000米重8.8克的密度才不會超重，但這么細(xì)的玄武巖纖維要怎么生產(chǎn)出來呢？
曹根陽告訴記者，當(dāng)時工藝控制、爐子溫度、噴絲板狀態(tài)等等都在不斷地調(diào)試，但是無論怎么做，10克每千米的密度指標(biāo)都成了制作玄武巖纖維難以跨越的鴻溝。經(jīng)過無數(shù)次的試驗，在一次生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，對噴絲板內(nèi)腔結(jié)構(gòu)進行梯形優(yōu)化，再配合爐內(nèi)分布式精準(zhǔn)控溫，可以解決玄武巖纖維特性不足的問題。
最終，研制團隊成功實現(xiàn)了超細(xì)玄武巖纖維的穩(wěn)定量產(chǎn)，他們做出來的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。
四年攻關(guān) 月背完美呈現(xiàn)“中國紅”
超細(xì)玄武巖纖維制造出來了，下一個挑戰(zhàn)接踵而至。“如何給石頭制造出來的纖維上色”成為擺在研制團隊面前的又一難題。
由石頭拉出的細(xì)絲和布料不同，表面特別光滑，顏料不能牢固地附著在旗面上。旗子做好了，顏色又上不去了，科研團隊只能反復(fù)嘗試，來找到解決的辦法。
最后，研制團隊結(jié)合嫦娥五號的經(jīng)驗，利用織物表面的芳綸短纖毛羽，使顏料中的黏合劑與其形成類似“鉚釘”錨定的效果，有效提升涂料界面結(jié)合牢度與國旗圖案的色彩飽滿度，保障了國旗的月面展示效果。
科研人員告訴記者，從一根絲到一面旗，中間的工序少說也有四五十步。相較于嫦娥五號國旗研制的8年攻關(guān)，嫦娥六號國旗的科研攻關(guān)時間格外緊張，團隊成員們幾乎沒有休息日，這些都是為了確保這面國旗能夠經(jīng)受住“千錘百煉”。
嫦娥六號月面國旗研制團隊成員 武漢紡織大學(xué)博士 盛丹：力學(xué)實驗就有4個，環(huán)境實驗里面是有三步，包括前期測試之類的，至少在50步。最后是拿一面旗子，從頭到尾經(jīng)歷了一次完整的實驗，包括最后的展開。后來看到國旗機構(gòu)展開的時候，看到機構(gòu)展開的時候，伸出小手，覺得特別可愛、自豪。
月面國旗研制團隊歷時近4年，攻克了玄武巖超細(xì)纖維紡紗、織造及色彩構(gòu)建等諸多國際難題，首次研制出無溫控保護、獨立動態(tài)展示的“石頭版”高品質(zhì)織物國旗，實現(xiàn)了我國首次在月球背面獨立動態(tài)展示國旗。又一次在月球打上“中國標(biāo)識”！
前景可期 航天科技織就“防火魔法衣”
在“石頭版”國旗研制的同時，月面國旗團隊開啟了將玄武巖纖維拓展到對耐熱、阻燃等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。這些研究成果也讓玄武巖有了更多的用武之地。
眼前閃爍著金褐色光澤的天然纖維，就是由堅硬的玄武巖拉絲而成。生產(chǎn)車間里，大批的玄武巖碎石被投進高爐，1500℃的高溫下，巖石被熔化為液體，再通過轉(zhuǎn)軸拉成肉眼幾乎無法看到的細(xì)絲。而這一股纖維中，總共包含400根500微米的單絲。用手觸摸一縷玄武巖纖維的單絲，其質(zhì)感像頭發(fā)絲一樣，絲滑又極具韌性，由它們制成的衣服就是具有防火功能的“魔法衣”了。
玄武巖纖維結(jié)合紡織工藝制成的布料，除了作為消防衣在特殊場景進行使用以外，未來還可以制成防火窗簾、防火床墊等家用物品。同時，在道路建設(shè)、復(fù)合材料、新能源汽車等領(lǐng)域，玄武巖纖維都有著廣闊的應(yīng)用前景。
湖北匯爾杰新材料科技股份有限公司總經(jīng)理 吳敏勇：在新能源汽車領(lǐng)域，可以用作剎車片，可以用做電池模組的防火布；在航天軍工領(lǐng)域，我們用作航天發(fā)射場攔截網(wǎng)。
來源：央視網(wǎng)
