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骄傲!火星探测打上“中国印迹”~哈工大科研团队再现“神操作”
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ZAKER 哈尔滨记者 王越

6 月 11 日,国家航天局举行天问一号探测器着陆火星首批科学影像图揭幕仪式,公布了由 " 祝融号 " 火星车拍摄的着陆点全景、火星地形地貌、" 中国印迹 " 和 " 着巡合影 " 等影像图。这首批科学影像图的发布,标志着我国首次火星探测任务取得圆满成功。

在 " 中国印迹 " 和 " 着巡合影 " 两张影像图中,鲜红方正的中国国旗清晰可见。哈尔滨工业大学航天学院冷劲松教授团队自主设计并研制的中国国旗锁紧展开机构,历经 202 天地火转移轨道飞行和 93 天环绕探测,飞行 4.75 亿公里后,于 2021 年 5 月 15 日在天问一号着陆器上成功完成了中国国旗可控动态展开,使我国成为世界上首个将形状记忆聚合物智能结构应用于深空探测工程的国家。

根据天问一号火星探测任务的总体任务需求,在中国空间技术研究院的支持下,团队基于具有独立自主知识产权的形状记忆聚合物复合材料,通过精细的力学理论分析和巧妙的智能结构设计,成功研制出中国国旗锁紧展开机构。

天问一号从发射入轨到着陆火星历经 9 个多月时间,探测风险高、难度大,国旗锁紧展开机构面临行星际空间环境、火星稀薄大气、火星风等挑战,同时存在着陆环境不确定、地面无法干预等难点,对产品的可靠性提出了严苛的要求。通过在模拟火星环境下的力学、热真空、热循环和锁紧展开功能等多次反复迭代的极端环境试验验证,该团队为着陆平台创新设计制备了卷绕锁定—展开模式的国旗锁紧展开机构,国旗展开过程与中国传统书画的展开方式类似,解决了低温、辐照等极端恶劣使役环境下,长时间锁定、低冲击可靠展开的关键技术难题。

在着陆火星前,国旗锁紧展开机构处于卷绕收纳状态,通过形状记忆聚合物复合材料结构实现长时间锁定。着陆火星后通过加热形状记忆复合材料实现超低冲击解锁和可控展开,释放并展开五星红旗(由兰州空间技术物理研究所研制)。展开后,形状记忆聚合物复合材料的刚度恢复到与常规复合材料相当的水平,提供高刚度承载功能。与贴装、折叠收纳展开等携带国旗方式相比,自主设计并研制的国旗锁紧展开机构的质量轻、收纳比高,可适用于较大尺寸国旗。与展开瞬态冲击高达 10000g 以上的基于火工品的展开结构相比,国旗锁紧展开机构几乎无冲击。

团队研制的国旗锁紧展开机构首次在火星上实现中国国旗的可控动态展开,展开后的五星红旗在火星风的沐浴下迎风飘扬,为中国探测器在火星上打上 " 中国标识 ",为建党 100 周年献礼。

这是继 2016 年、2020 年哈工大科研团队在国际上首次实现地球同步轨道环境下形状记忆聚合物复合材料及其柔性太阳能电池系统在轨成功验证之后,在国际上首次实现形状记忆聚合物智能结构在火星探测工程中的应用,标志着我国在智能材料及其在航天器结构的应用领域处于国际前列。

未来,基于形状记忆聚合物复合材料的智能结构等相关技术有望应用于我国空间站、探月工程、载人登月、火星探测、木星探测、小行星探测、冰巨星探测、深空探测等重大航天工程,在航天、航空、汽车、高端装备、智能制造、机器人及生物医疗等领域也具有广泛的应用前景。

编辑 李洪霜

值班主编 寇青

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