2019年，美國前總統(tǒng)特朗普曾揚言，美國將成為第一個把國旗插在火星上的國家。因為早在50多年前，美國就把國旗插在了月球上，并打算在火星上延續(xù)這樣的輝煌。
但在2021年5月15日，在經歷了300多天、近5億公里的飛行旅途后，我國的“天問一號”探測器成功展開了一面五星紅旗，這是第一面懸掛在火星上的國旗。不僅如此，由于使用了類似布一樣的材料，這面國旗還能在火星的“微風中輕輕飄動”。
在周一發(fā)表在《力學進展》上的一篇論文中，我國的研究人員首次分享了在火星上懸掛國旗的技術細節(jié)。這種制作國旗的新材料預計將用于航天飛行、小行星探索和其他空間基礎設施項目。
月球探測車玉兔二號在中國國旗旁邊滾動穿過月球表面/3D模擬圖
一個能固定并展開國旗的機器人裝置通常需要幾個機械部件。這些金屬部件通常很重，會大大增加任務的成本和風險。研究人員表示，只有低成本、輕量化和可靠的技術才能使“五星紅旗在火星上隨風飄揚”成為可能。
國旗的裝置重量不足200克，展開過程中沒有發(fā)動機或齒輪。它的關鍵移動部件是由一種智能聚合物制成的，這種聚合物可以在加熱時改變形狀。
這個裝置用一對類似橡膠帶的材料制成的扣來固定卷起的國旗。當加熱時，鉤子伸直并松開國旗，使國旗在重力作用下自然下落和展開。
2008年，印在日本“隼鳥號”探測器甲板上的美國國旗圖像首次到達火星表面。2012年，美國的星條旗圖案在“好奇號”火星探測車執(zhí)行任務期間再次出現(xiàn)，當時它出現(xiàn)在火星探測車的四個移動臂之一上。2020年，美國國旗被印在一個遙感桅桿的底部，并隨著“毅力號”探測器到達火星。
但是這些打印的圖像都不符合旗幟的定義，旗幟通常是由布料或類似材料制成的。
哈爾濱工業(yè)大學復合材料與結構中心的項目首席科學家冷勁松和他的同事說:“在著陸平臺上釋放國旗的裝置，意味著中國成為世界上第一個將基于形狀記憶聚合物復合材料的智能結構應用于深空探索的國家。中國正在引領智能材料在太空的應用?！?/strong>
這種聚合物可以自由地改變它的形狀，但在熱、電荷、磁力或化學溶液的影響下，它會恢復到“記憶形狀”。據中國研究人員稱，這是NASA目前不具備的技術。
在20世紀60年代，私營公司向美國宇航局提供了一種聚合物，作為航天項目中機械部件的低成本替代品。在接下來的幾十年里，美國宇航局還資助了一些生產聚合物原型的研究。
但這些項目并沒有啟動。因為這種聚合物對大多數應用來說都太軟了，它的物理強度會隨著溫度的變化而顯著變化，在宇宙射線的輻射下會迅速老化。
在這之后，NASA繼續(xù)用合金制造機械部件，這種合金更重，生產成本也高得多。例如，詹姆斯韋伯望遠鏡的建造花了逾24年的時間，預算為100億美元。其存儲和釋放主鏡像的復雜機制造造成了延遲和高昂的成本。
對于中國來說，這種制造方式的成本太高。在國家的支持下，冷的團隊花了20多年的時間來提高智能聚合物的性能，他們在材料中加入碳纖維以增強其強度。
他們提出了一種新的理論來預測其行為，在一些最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中測試候選材料，并與工廠合作以降低大規(guī)模生產的成本。
據冷的團隊介紹，2016年，中國進行了一項前所未有的太空實驗，一個由智能聚合物制成的意大利面狀結構變成了一塊木板。2020年，中國在地球靜止軌道上的一顆大型衛(wèi)星部署了世界上第一塊沒有任何物理接頭的太陽能電池板，軟膜在不到一分鐘的時間內就擴展了。
與傳統(tǒng)太陽能電池板不同的是，該裝置的展開過程不會引起任何有害的振動或沖擊。冷的團隊表示，這種專利材料可能會讓中國在太空競賽中處于領先地位。“這項技術預計將用于中國的空間站、月球探測項目、載人航天飛行、火星探測、木星探測、小行星探測和其他重大航空航天工程項目。”
中國有大型太空基礎設施項目的計劃，包括一個向地球發(fā)送高能量光束的太陽能發(fā)電站。這些基礎設施項目此前被認為用現(xiàn)有技術來實現(xiàn)太過昂貴和復雜，但智能材料可以顯著降低這些項目的預算和風險。
