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2019年 ， 美国前总统特朗普曾扬言 ， 美国将成为第一个把国旗插在火星上的国家 。 因为早在50多年前 ， 美国就把国旗插在了月球上 ， 并打算在火星上延续这样的辉煌 。
但在2021年5月15日 ， 在经历了300多天、近5亿公里的飞行旅途后 ， 我国的“天问一号”探测器成功展开了一面五星红旗 ， 这是第一面悬挂在火星上的国旗 。 不仅如此 ， 由于使用了类似布一样的材料 ， 这面国旗还能在火星的“微风中轻轻飘动” 。
在周一发表在《力学进展》上的一篇论文中 ， 我国的研究人员首次分享了在火星上悬挂国旗的技术细节 。 这种制作国旗的新材料预计将用于航天飞行、小行星探索和其他空间基础设施项目 。
月球探测车玉兔二号在中国国旗旁边滚动穿过月球表面/3D模拟图
一个能固定并展开国旗的机器人装置通常需要几个机械部件 。 这些金属部件通常很重 ， 会大大增加任务的成本和风险 。 研究人员表示 ， 只有低成本、轻量化和可靠的技术才能使“五星红旗在火星上随风飘扬”成为可能 。
国旗的装置重量不足200克 ， 展开过程中没有发动机或齿轮 。 它的关键移动部件是由一种智能聚合物制成的 ， 这种聚合物可以在加热时改变形状 。
这个装置用一对类似橡胶带的材料制成的扣来固定卷起的国旗 。 当加热时 ， 钩子伸直并松开国旗 ， 使国旗在重力作用下自然下落和展开 。
2008 年 ， 印在日本“隼鸟号”探测器甲板上的美国国旗图像首次到达火星表面 。 2012年 ，美国的星条旗图案在“好奇号”火星探测车执行任务期间再次出现 ， 当时它出现在火星探测车的四个移动臂之一上 。 2020年 ， 美国国旗被印在一个遥感桅杆的底部 ， 并随着“毅力号”探测器到达火星 。
但是这些打印的图像都不符合旗帜的定义 ， 旗帜通常是由布料或类似材料制成的 。
哈尔滨工业大学复合材料与结构中心的项目首席科学家冷劲松和他的同事说:“在着陆平台上释放国旗的装置 ， 意味着中国成为世界上第一个将基于形状记忆聚合物复合材料的智能结构应用于深空探索的国家 。 中国正在引领智能材料在太空的应用 。 ”
这种聚合物可以自由地改变它的形状 ， 但在热、电荷、磁力或化学溶液的影响下 ， 它会恢复到“记忆形状” 。 据中国研究人员称 ， 这是NASA目前不具备的技术 。
在20世纪60年代 ， 私营公司向美国宇航局提供了一种聚合物 ， 作为航天项目中机械部件的低成本替代品 。 在接下来的几十年里 ， 美国宇航局还资助了一些生产聚合物原型的研究 。
但这些项目并没有启动 。 因为这种聚合物对大多数应用来说都太软了 ， 它的物理强度会随着温度的变化而显著变化 ， 在宇宙射线的辐射下会迅速老化 。
在这之后 ， NASA继续用合金制造机械部件 ， 这种合金更重 ， 生产成本也高得多 。 例如 ， 詹姆斯韦伯望远镜的建造花了逾24年的时间 ， 预算为100亿美元 。 其存储和释放主镜像的复杂机制造造成了延迟和高昂的成本 。
对于中国来说 ， 这种制造方式的成本太高 。 在国家的支持下 ， 冷的团队花了20多年的时间来提高智能聚合物的性能 ， 他们在材料中加入碳纤维以增强其强度 。
他们提出了一种新的理论来预测其行为 ， 在一些最具挑战性的环境中测试候选材料 ， 并与工厂合作以降低大规模生产的成本 。
据冷的团队介绍 ， 2016年 ， 中国进行了一项前所未有的太空实验 ， 一个由智能聚合物制成的意大利面状结构变成了一块木板 。 2020年 ， 中国在地球静止轨道上的一颗大型卫星部署了世界上第一块没有任何物理接头的太阳能电池板 ， 软膜在不到一分钟的时间内就扩展了 。
与传统太阳能电池板不同的是 ， 该装置的展开过程不会引起任何有害的振动或冲击 。 冷的团队表示 ， 这种专利材料可能会让中国在太空竞赛中处于领先地位 。 “这项技术预计将用于中国的空间站、月球探测项目、载人航天飞行、火星探测、木星探测、小行星探测和其他重大航空航天工程项目 。 ”
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