嫦娥五號成功落月，實現月球「軟著陸」，著陸器上的「剎車指令員」關乎「嫦娥落月」成敗。
由中國航天科工三院35所研製的γ（伽馬）關機敏感器及時發出關機指令，讓嫦娥「翩然」落月。
五星紅旗閃耀月球，中國國旗第三次在月面的成功展示，也是首次國旗在月球「獨立展示」，在正負150攝氏度溫差下仍能「保持本色」的月面國旗展示系統是由中國航天科工航天三江抓總研製。
今天，航小科為你揭秘，研製神器背後的故事。
對於中國航天科工三院35所γ關機敏感器研製團隊來說，這是第三次執行探月任務。從嫦娥三號、嫦娥四號到嫦娥五號，他們研製的「剎車指令員」負責讓嫦娥安全「軟著陸」。
從測「地」到測「月」，牢靠的追求不變
要實現太空飛行器踏上月球，必須突破月面「軟著陸」控制技術，其中落月高度控制尤為關鍵。位於探測器下方的γ關機敏感器探測到距月面不到5米高度時，發出關機指令關閉軌控和姿控發動機。這個指令類似「剎車指令」，隨著發動機反推力的撤離，探測器減速慢行，實現「軟著陸」。剎車、減速，是實現「嫦娥落月」的關鍵動作，決定著「落月」任務的成敗。
先於探月任務，該團隊研製的γ高度控制裝置已經在神舟飛船任務中成功應用。「我們的產品經過了載人飛船任務的考驗，精準測高，保障航天員著陸安全；又參與了我國首次探月任務，確保嫦娥落月安全」，項目技術負責人王徵說：「然而，月面環境的複雜、特殊，團隊投入了大量精力確保產品在月球環境下的精確性」。
經過了多種工作環境條件下的試驗驗證，對於在不同著陸垂向速度、不同著陸器傾斜姿態及月面坡度下的關機高度精度採集了大量試驗數據進行分析計算，並在地面完成了月球環境下的γ關機高度的參數標定。確保產品在月球環境下的工作性能及精度滿足任務要求，提高探測器著陸的可靠性。
γ，精準不變，防護不變
γ射線具備受外部環境幹擾小的特點，正是由於γ射線「最強」精度的特點，這種利用γ射線測高的機制被應用到了對精度、可靠性要求最高的載人航天和探月任務中。
然而，一直以來，也存在對於γ射線輻射危害的擔憂。在為神舟飛船研製γ高度控制裝置初期，就形成了負責人先上的傳統，一到裝γ源的時候，都由負責人親自處理。「新人也許有顧慮，我們老人就自己上，我的師傅當年就是這麼做的，這是給大家樹立信心，別怕！」王徵談到。
「對事物恐懼的最大來源是未知。」
如今，王徵的徒弟老葛和曉博已經成為神舟飛船和嫦娥項目的項目負責人，研製γ測高產品是他們參加工作接到的第一個項目，一幹就是十年。「沒有顧慮是不可能的」，曉博說：「然而，我們都很清楚，選擇γ測高的體制是堅定對高精度、高可靠性的追求。不能因噎廢食。」 γ源採用了嚴格周密的防護措施，項目組制定了放射源操作預案，操作時執行放射源安全規範，人員定期開展輻射安全體檢和培訓，最大程度確保產品的在人身健康方面的高安全性。
新青年，再升級
伴隨產品的成熟，項目團隊也進入了成熟期。牽頭的技術負責人王徵已經42歲，其他三位成員各是34、36、39歲。
王徵成為了一名業務熟練的黨支部書記，其他成員們也參與著室裡其他項目。通過國家重大工程項目歷練的他們，對高可靠性、質量管控等有了一套自己的經驗和見解，來源不同、領域不同的任務相互交叉，經驗也相互借鑑、不斷迭代。
對於年齡，大家不怎麼在意。「你看看王徵，他還是那個小夥子」，曉博說。為了拓展產品的應用領域，當年實驗室裡那個設計師現在積極投入技術拓展中，客戶對接、項目論證裡都有他的身影。不服輸的勁頭從未改變。在這樣的帶動下，成員們也未止步，積極參與新項目，不斷尋尋求自我突破。
「整個環境在變化，我們高度表專業也正在轉型升級。」老葛說：「從設計師自己，就要不斷迭代升級。」
「過了而立之年，我們正是新青年。」
肩負國家榮譽和使命、參與過國家重大工程任務的年輕人們，十年曆練，成為更踏實、更沉穩、更有擔當的新青年。
與航天事業一起，新青年，再升級。
旗開月表，五星閃耀。12月4日，國家航天局公布了嫦娥五號傳回地面的國旗展示影像，一面鮮豔的五星紅旗閃耀月球！這是繼嫦娥三號著陸器與玉兔號月球車互拍實現國旗首次亮相月球，和嫦娥四號探測器將國旗帶向月球背面後，中國國旗第三次在月面的成功展示，同時也是五星紅旗第一次月表動態展示。
嫦娥五號著陸器和上升器組合體全景相機拍攝五星紅旗在月面成功展開
嫦娥五號著陸器和上升器組合體全景相機環拍成像，五星紅旗在月面成功展開，此外圖像上方可見已完成表取採樣的機械臂及採樣器。
月面國旗展示系統
2013年12月15日，嫦娥三號著陸器與玉兔號月球車完美互拍實現中國國旗首次亮相月球；
2018年12月8日，嫦娥四號探測器將國旗帶向月球背面；
2020年12月3日，嫦娥五號著陸器上的國旗展示系統首次在月面成功展示。
但是，嫦娥五號探測器國旗展示的方式與「嫦娥三號」和「嫦娥四號」有很大不同，且研製難度又邁上了一個大臺階。
航天三江九部作為「嫦娥五號」月面國旗展示系統的研製單位，為了研製這套與眾不同的國旗展示系統，經歷了諸多挑戰，克服了諸多困難。
選材花費時間超過1年
嫦娥五號月面國旗展示系統是有效載荷分系統的組成單機之一，也是有效載荷分系統唯一一個關鍵項目。與「嫦娥三號」「嫦娥四號」以及玉兔月球車上的國旗採用噴塗方式不同，「嫦娥五號」國旗則是一面真正的旗幟。
由於宇宙擁有很強的電磁輻射，以及月球表面有著正負150攝氏度的溫差等惡劣環境，這就決定了普通國旗無法在月球上使用。
在國旗展示系統立項初期，科研團隊為此設計了多種展示形式，既有記憶合金展示方案、伺服升旗方案、機構展示方案等通過捲軸形式展開國旗，也有通過摺扇形式展開國旗等方案，但通過高低溫試驗後發現，只有捲軸形式展開的國旗比較平整，不會出現褶皺等情況。
但是，如何保證國旗展開時擁有足夠的強度，保持平整，研製團隊圍繞這一問題做了很多理論研究和模擬試驗。他們在研究中發現，雖然有些纖維材料的強度很高，但染色性能較差，染色性能較好的纖維材料，強度又達不到要求，因此，單一纖維和紡織工藝都無法滿足月面環境的要求。同時，還要保證國旗捲起時在正負150攝氏度溫差環境下不能粘連在一起。
國旗展示系統項目指揮馬威表示，「國旗展示系統是艙外單機系統，自運載火箭拋掉整流罩後，從地月轉移軌道進入月球軌道，再到探測器著陸在月球上，它都一直暴露在極端惡劣環境中。我們通過試驗發現，如果把地球上使用的國旗放在月球上，它的顏色在很短時間內就會褪色、串色，甚至分解。」
對於首次接受宇航研製任務的該團隊來講，完全是摸著石頭過河，其巨大的技術難題擺在了眼前。為保質保量完成研製任務，研製團隊不畏艱難，一邊地毯式查閱文獻資料，一邊廣泛開展調研論證，攜手國內優勢單位開展關鍵技術聯合攻關。為此，他們走出去與大學和科研機構合作，諮詢眾多國內知名的紡織企業，尋找適合在月球上使用的纖維材料。
國旗展示系統技術負責人範開春表示，科研團隊在選材上花費的時間就超過1年，聯合武漢紡織大學最終挑選出了二三十種纖維材料，然後通過做包括熱匹配性、耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等在內的物理試驗,科研團隊最終決定採用某新型複合材料，既能滿足強度要求，又能滿足染色性能要求，從而保證國旗能夠抵禦月表惡劣的環境，做到不褪色，不串色、不變形。
用馬威的話來講，雖然只是一面薄薄的國旗，但科技含量十分高。
整個系統重量控制在1公斤
「嫦娥五號」國旗平面運動包絡將近2000mm×900mm，整個系統的重量只有1公斤。馬威表示，選擇這樣的旗面尺寸是研製團隊經過綜合考慮的結果，目的是儘量突出視場效果，讓相機拍出來的照片既能看到月表一部分，深空一部分，也能看到著陸器的一部分，如果國旗太大或太小，照片都無法呈現出豐富的元素。
由於「嫦娥五號」國旗展示系統的重量只有1公斤，研製團隊圍繞整個系統在減重問題上下了大量工夫，不僅材料要輕質化，而且還要對設備進行「瘦身」。面對月表惡劣的溫差環境，也對國旗展示系統的工藝設計、集成設計提出了很高要求。
國旗展示系統立項時，研製團隊先後論證過採用四級杆、三級杆和二級杆來作為國旗的方案，但考慮到複雜性和重量等原因，最終選擇使用二級杆的方式來呈現。
國旗展示系統項目負責人李雲峰表示，「我們之所以採用杆繫結構方案，是因為它在航天系統裡算比較成熟的技術，包括衛星、飛船等太空飛行器的太陽能電池帆板展開，使用的都是杆繫結構，其目的就是保證可靠性。」
另外，為了控制整個國旗展示系統的重量，研製團隊還對結構進行了優化設計，在選取耐高溫、抗嚴寒材料的基礎上儘量將支架臂做薄、做小。
國旗展示系統使用的支架結構在空間環境中要承受冷熱交變、空間輻照、極低真空等惡劣環境考驗，如果選材不當，可能會發生冷焊（即兩塊接觸金屬在太空極低真空環境下會粘連一起），由此帶來的問題是機構不能正常工作或打開。
李雲峰表示，「為了解決冷焊問題，我們對系統所有的機構和關鍵位置都進行了防冷焊處理，以保證部件能滿足太空環境和月表對溫度的要求。可以說，我們為了將國旗展示系統的重量控制在1公斤，整個研製團隊做出了不懈努力。」
多種試驗確保機構成功開展
保證可靠性是整個國旗展示系統的第一任務，整套系統涉及解鎖、支架展開、支架固定等步驟，如果支架無法在月球上成功展開，一切都將前功盡棄。
李雲峰表示，「每一個動作都要確保工作正常，而且這一系列動作都必須在1秒鐘內完成。所以，我們的工作是責任重大、使命光榮。」
火工品是整個國旗展示系統中最基礎的一環，如果它無法起爆解鎖，後續動作就無從談起。因此，負責機構解鎖的火工品爆炸裝置成為了關鍵。
副主任設計師程昌表示，國旗展示系統使用的火工品在國內同等用途和功能中屬於最小之一。小，意味著它對環境適應性十分敏感，稍有不慎就可能失效，尤其是面對月球惡劣的溫差環境，更需要保證地面給它指令時就能成功起爆。
面對這一難題，研製團隊通過將火工品放在-200攝氏度左右的液氮罐裡和高溫環境下進行了幾十次試驗，模擬它在月球極大溫差環境下能否正常使用。
與此同時，在國旗展示系統中與火工品同樣重要的2根扭簧則是機構支架展開的關鍵動力源。
彈簧的彈性係數在-5攝氏度到25攝氏度的範圍內一般不會發生變化，如果超過100攝氏度和低於-30攝氏度都會導致彈簧材料的強度降低，彈性係數也隨之降低。
工業設備中常用的扭簧肯定無法滿足國旗展示系統展開機構的要求，為此，研製團隊專門找到彈簧生產廠家按照要求專門訂製，然後在試驗室裡對其進行高低溫、長期壓緊、拉伸等試驗，以及經常觀察它的力學變化情況，以保證扭簧的可靠性。
超高難度加工確保「旗開得勝」
國旗從「靜若處子」到「動若脫兔」，一面旗，一張圖，一種能力，成功背後凝聚著航天人的不懈追求。國旗展示系統由月面國旗、壓緊釋放裝置、展開機構三部分組成。航天三江紅峰公司主要承擔展開機構機加件的加工。
作為此次國旗展示系統的主管工藝師，數年的攻關、幾載的蟄伏，如今一朝夢圓，黃敏深知其中不易。
生產開始，挑戰就來了。整套系統在摺疊狀態下像超大號的「月光寶盒」，系統的終極任務是「旗開得勝」：國旗能順利展開，並且打開之後不變形。
國旗的「旗杆」頂端有一個空心球，作用是固定旗杆，讓外形更美觀，並且為了降低飛船載荷，其重量必須小到極致。公司從未加工過此類空心球，只能「想破腦袋」去做。
或許是「妙手偶得」，在無路可走的時候，家裡孩子的一個玩具扭蛋帶來靈感，扭蛋外表渾然一體，完全看不出是兩個部件。製作兩個半球，加工螺紋，就能組合為完整球體。但想要實現完全密閉式的「天衣無縫」並不容易。球壁薄如頭髮絲，加工螺紋相當於在頭髮絲上做微雕，既要結實又不能有絲毫裂紋。
經過大量精細計算，得出可靠的螺距和螺紋環數。黃敏跟車工廖光恆反覆琢磨，最終加工成功，零件順利通過多項試驗考驗，獲得認可。此項工藝後來獲得發明專利。
國旗代表一個國家的尊嚴和榮譽。「那是國家的臉面，我們必須要保證它一塵不染。」整套系統中，國旗被完全收納在「旗杆」裡，一起固定在基座上，在登上月球前都處於「密封」狀態。隨火箭發射升空，期間要經受高溫高熱考驗。要確保基座「零變形」、旗面「無汙染」，密封圈至關重要。黃敏與設計師對產品結構進行優化，經過反覆試驗成功解決問題。
地球上的試驗解決了，月球上的怎麼辦？這就需要進行月球環境模擬實驗。黃敏反覆摸索，設計出了一套試驗裝置來模擬月球重力，將展示系統固定在上面進行試驗，成功驗證系統在月球時的展開情況。
整套展示系統零件多，最小的不過指甲蓋大，攻絲中部分異形零件只能靠手工一點點掌握。生產現場噪音大，為杜絕幹擾，首席鉗工李基平將攻關搬到了大師工作室。為保證旗面一塵不染，他幹活都會戴上白細紗手套，就怕指甲劃到旗面塗層。
負責杆系加工的姚峰成與劉海剛在進行多次嘗試後，最終將加工方法定型，對進給速度、切削深度等細節錙銖必較，甚至每次幹完，都很鄭重地對光查看細節，像觀賞藝術品和試戴貴重首飾一樣小心，然後放進自製的精美包裝箱。
來源：中國航天科工微信公號
廣州日報全媒體編輯 張影