产品设计简洁工业设计(天问剑)

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　开发团队

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　标记设备锁定状态

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　国旗装置开发网站

　　

　　

　　

　　6月11日，国家航天局在京举行了第一批“田文一号”探测登陆火星科学影像图的揭牌仪式，并发布了“朱荣”号火星车登陆点全景、火星地形、“中国Imprint”和拍摄“巡回展照片”。随着第一批科学图像地图的发布，标志使中国首次火星探测任务取得了圆满成功。从图片中可以清楚地看到，朱荣火星车表面上的国旗和着陆平台上的安装国旗装置是鲜红色的正方形。这两个国旗出自中国航天科技集团公司，有限第五医院510表面工程事业部旗帜装置开发团队科研人员之手。

　　

　　

　　

　　中国首个火星探测任务于2013年全面展示，并于2016年1月获得批准。7月23日，2020年，“田文一号”探测在海南文昌成功发射。经过地面火力转移、火星捕获、火星停泊、离轨着陆和科学探测，等阶段，工程任务按计划顺利进行。截至6月11日，轨道飞行器在轨道，中继站运行良好，朱荣火星车已经在表面工作了28天。

　　

　　

　　

　　1国旗安装的三大创新

　　

　　

　　

　　今年5月22日，火星车朱荣安全离开着陆平台，抵达火星表面，正式开始其探索火星的神奇旅程。朱荣火星车表面的国旗相对较小，长96毫米，宽64毫米，与嫦娥三号和嫦娥四号上使用的国旗是“孪生兄弟”。

　　

　　

　　

　　降落平台上的国旗长360毫米，宽240毫米。从朱荣返回的图像数据可以看出，登陆平台安装国旗安装已经成功上线。由于着陆平台上的国旗装置安装位置和空间的限制，设计，开发了一种类似于中国，传统文化绘画/卷轴的方式，利用形状记忆复合材料实现了国旗的锁定和释放，在地面着陆火星旗前的总装测试、发射、地火转移、环火飞行和着陆阶段，国旗始终处于缠绕和储存状态；探测登陆火星后，国旗装置通过加热形状记忆复合材料来释放和展开国旗。为了确保任务的顺利完成，国旗装置实现了以下创新：

　　

　　

　　

　　第一，重量轻。为了让探测轻装上阵，国旗装置带动机构采用形状记忆复合材料，使整个国旗装置的总重量小于200克。二是发展模式新。结合中国，传统的文化，创新性地发展了展示缠绕、锁定和展开国旗的模式。这种模式不同于传统的搬运模式，如安装或折叠、储存和展开。它适用于较大尺寸的国旗，动态展开过程生动，在效果，展示三中表现出色，可靠性高。解锁设计使用加热慢慢展开，形状记忆复合材料展开几乎没有振动和影响。部署影响小，对其他组件影响小。航天器的解锁和展开方式通常为爆炸或电动机构驱动，国旗解锁和展开装置采用形状记忆复合材料，通过精确控制形状记忆材料结构，的状态，可以滚动(锁定)、存储和释放(解锁)国旗。

　　

　　

　　

　　记者从510所院校了解到，要实现这三大创新，科研人员必须解决三大问题：1。如何在漫长的跑火过程中保证国旗成功锁定？2.国旗长时间缠绕如何破解弯曲效应？3.如何顺利实现国旗装置的加热？

　　

　　

　　

　　开发国旗装置的任务比较紧，没有经过方案阶段，直接从初始样本开始。在设计，的初始样本之初，由于国内外没有类似的产品可以借鉴，设计，产品急需的实验验证数据极其匮乏，研究团队无法启动，工作一度缓慢。510齐心协力，组建了以何延春、赵、李林为核心成员的队。

　　

　　

　　

　　在火星表面实现国旗装置的加热和展开是一个复杂而精确的过程，因此整个展开策略的制定尤为关键。一方面，国旗展开过程受到极端多变的自然环境的制约，如火星和表面，温差大、气压低、重力低，难度大；另一方面，受到探测，整体设计的限制，重量、功耗等关键指标受到严格限制，使得设计和制造业异常困难。针对这种情况，研发团队发挥了敢于啃硬骨头的航天员精神，进行了数百次实验，验证了开发过程中可能面临的各种条件，涵盖了所有可能遇到的极端条件，积累了大量数据，为最终的成功开发奠定了坚实的基础。

　　

　　

　　

　　研究小组多次讨论了设计在产品的工作，并逐一分析了产品设计的困难。同时对关键技术进行了分析验证，结合验证结果，进行了反复迭代分析，多次邀请院内外专业专家进行检查并提出建议，最终按照任务节点完成了产品加工，组装、产品测试、产品验收交付的设计工作。

　　

　　

　　

　　2火星车“穿”“防护衣服”

　　

　　

　　

　　太阳能集热器光学组件和吸热涂层项目也是由表面工程，的510个业务部门开发的。该项目于2014年开始解决关键问题，经历了四个阶段，解决了几十个技术问题。

　　

　　

　　

　　因为火星离地球很远，发射成本极高，装载重量极其珍贵。省下的每一点重量不仅会省下很多，

　　

经费，还能将有限的载荷分配给其他分系统。火星车在着陆过程中会受到极大的冲击力，这给研制工作带来了第一个难题――找到轻质高强度的透光材料。510所表面工程事业部热控防护组长期从事柔性空间材料的研究工作，何延春研究员和他的团队当仁不让地承担了这项工作。他们首先面对的就是光学组件的选材问题，项目团队针对常用的窗口材料，如石英玻璃、有机玻璃、钢化玻璃等开展了大量调研工作，走访了国内数十家高校、科研院所和大型企业，进行了上千次测试和试验，却没有发现一种能够完全满足使用要求的材料。一个偶然的机会，团队在交流时提到了“窗户纸”这个词，这给了他很大的启发：为什么我们不能用“纸”做窗户呢？这个“纸”不是指普通的纸，而是柔性薄膜材料。于是，他们开始寻找高透明、高强度的柔性薄膜材料。经过深入调研，他们发现一种新型透明薄膜材料非常合适。但是该材料美、日等国对我国采取严格的技术封锁和禁运，而国内针对空间应用的特种薄膜的研制尚处于起步阶段，离应用仍有较大差距。为了解决国外进口限制、国内研制困难的严峻形势，研制团队基于数十年在空间表面工程技术方面的经验，与国内优势单位合作，历时一年多，经历了多次失败和反复，最终开发出了适用于火星应用环境的特种薄膜材料。

　　

　　　　510所在此次火星探测任务中承担的光学组件和吸热涂层这两种产品都是首次在空间应用，这意味着巨大的挑战。但在以“敢啃硬骨头”著称的510所，向来不缺乏勇于创新、敢于挑战的青年科研骨干，杨淼就是其中之一，他是新型热控材料研制的“急先锋”。

　　

　　　　光学组件实际相当于太阳能集热器的“窗户”，简单概括其三大功能就是密封、透光和防尘。项目研制团队在完成了新型透明薄膜材料的研制后，又面临着更大的挑战――如何验证这种新材料在火星表面特殊环境下的性能。火星探测不但需要面对低气压、微重力、高低温、空间辐射等恶劣环境，还需要解决以往空间探测未遇到的风沙环境。由于研究难度大，对试验设备和测量仪器要求高且应用范围少，国内对于材料在火星风沙环境下的研究基本处于空白。杨淼在查阅NASA“海盗号”和“洞察号”火星探测器大量观测数据的基础上，多次与分系统设计师沟通，与兰州大学西部灾害与环境力学重点实验室专家一起确定了首先采用数值计算和模拟建立地面等效的沙尘环境，再借助多功能风洞进行吹沙模拟实验，最后进行野外长期暴露实验的三步走策略，由浅入深，逐步建立并完善了材料在地面模拟火星环境沙尘的实验方案。随后的一年时间里，他多次往返于北京、兰州和沙漠试验场地，无数个日夜忙于方案制定、评审和试验，在敦煌库姆塔格沙漠月球车实验基地、民勤青土湖腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠边界观测站等地都留下了辛勤的汗水。功夫不负有心人，在大量的计算数据和观测数据基础上，杨淼和他的同事们圆满完成了光学组件在火星特殊风沙环境下的性能研究，证明光学组件在火星环境的适用性，并且首次设计了全套模拟火星风沙环境的方案并验证了该方案的可行性，为我国后续在该领域的研究打下了坚实的基础。

　　

　　　　同时，杨淼还担任火星车吸热涂层产品的技术负责人。吸热涂层任务的难点在于涂层的膜系结构设计和真空镀膜工艺。最初接到任务后，在模样阶段杨淼他们就开展了一系列实验工作，试镀了一批样品，但随着总体方案的一次次修改，最终任务要求在不高于90℃的低温环境下直接在设备安装板表面镀制吸热涂层，而按照原来的镀膜工艺必须在300℃左右的高温下才能得到质量优异的膜层。新的挑战来临，杨淼立即开始了针对镀膜工艺的攻关。面对困难，杨淼和他的同事们将难题分解，通过专用镀膜设备改造，解决大面积均匀性控制难题；通过专用镀膜工装和掩膜工装设计，实现镀膜区域精确控制；通过引入离子束辅助工艺，在低温下实现了高性能涂层的沉积；通过温度传感器和专用降温工装设计，实现了大面积沉积过程中各部位温度实时监测，最终将所有的难题逐个击破，取得了成功。

　　

　　　　兰州日报社全媒体记者 何燕/文 510所供图

　　

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