武汉纺大青年科研团队十二年接力研制月面国旗 从一根纤维出发 奔赴星辰大海

　　今年3月，武汉纺织大学开展沉浸式思政大课，让跨越38万公里的月球上的国旗与天安门前的国旗展开一场特别的对话。武汉纺织大学供图

　　38万公里之外的月球背面，环形山灰白苍冷。随着指令下达，嫦娥六号探测器侧面的展示系统顺利解锁，一面鲜艳的五星红旗平整展开。

　　这是中国首次在月球背面独立动态展示国旗。

　　很多人难以想象，这面经受住正负150摄氏度极端温差与强辐射考验的国旗，既不是金属，也不是塑料，而是用太行山腹地坚硬冰冷的玄武岩石头一针一线“织”出来的。

　　要把坚硬沉重的石头拉成微米级细丝，再纺成纱，织成能在深空耐受极端环境的旗帜，每一步都在挑战纺织材料的工艺极限。

　　日前，在武汉纺织大学举办的第十六届中国纺织学术年会期间，该校生物医学工程与健康学院院长张兆威解密背后的故事，引发了众多关注。

　　破解难题的，就是来自武汉纺织大学纺织新材料与先进加工全国重点实验室的一支青年团队。在中国工程院院士徐卫林领衔的这支队伍中，35岁以下的青年科技人员占到了91%。从接手任务到月背亮相，这群年轻人在无数个枯燥的日子里完成了一场“点石成金”的漫长接力，也收获了“中国青年五四奖章集体”的殊荣。

徐卫林院士指导团队研发。武汉纺织大学供图

　　“既然买不到，我们就自己造”

　　2012年，探月工程提出月面国旗研制需求，徐卫林院士带领课题组承接下这项特殊任务，目标是研制一面能够在月球环境中稳定展示的五星红旗。

　　“那年正好是我入党第10年，能接下这个任务，我觉得非常有意义。”月面国旗团队成员、80后教授曹根阳说，一开始大家觉得做面旗子并不复杂，“可能半年左右就能搞定”。

　　然而，现实的重重难题很快打破了最初的乐观预想。

　　月面没有大气保护，国旗不仅要经受强烈的紫外辐射和正负150摄氏度的高低温变化，还要卷起存放，到了月面再展开。旗面材料、颜色和收放方式，哪一处出了问题，都可能让国旗无法按预期展示。

　　这不是单靠一道纺织工序就能解决的，徐卫林院士敏锐地意识到其中的专业跨界属性，把纺织、化工等不同领域的科研人员组织起来，寻找解法。

　　选纤维、定旗面、调色浆，不同方向的年轻人各展所长。2013年1月，刚考研完的大四学生盛丹加入了课题组。为了找到纯正的“国旗红”与“五星黄”，团队指导老师王运利带着她直奔专门生产国旗的北京京工红旗厂考察取经，买回标准国旗样品，在实验室里一步一步比对着调色。

　　在一般大气环境下做出的样品看起来很不错，可带到北京进行模拟太空环境的热真空试验后，卷起的旗面展开时，盛丹一下愣了神——五角星颜色花了，红色和黄色融在了一起。

　　在地球表面，大气压像盖子一样把颜料牢牢“压”在纤维上；可一进模拟舱的高真空环境，没有气压的束缚和上百摄氏度的高温烘烤，使得颜料分子的热运动变得异常剧烈，极易脱离纤维向外挥发迁移。整面国旗又是紧密卷绕存放的，红黄两色布面死死贴在一起，“跑”出来的红色分子直接渗进了黄色五角星里，最终发生了串色。

　　为了解决这一问题，团队把国内外能买到的耐高温、耐候颜料试了个遍，但在模拟太空环境里一烤、一抽真空，全都败下阵来。

　　“既然买不到，我们就自己造”，团队转向自行制备色浆，解决颜料迁移的问题。

　　可怎么才能锁住颜色？

　　“显色分子就像到了新环境兴奋乱跑的小朋友，我们得找个角色把它们管住。”曹根阳打了个生动的比方。在反复摸索中，团队最终把目光投向了天然蚕丝。

　　测试结果让人眼前一亮。蚕丝特有的微孔层状结构不仅能反射红外光、在真空中升温显著慢于常规合成材料，将其研磨成微纳米粉体加入色浆后，蚕丝外露的分子基团还能牢牢吸附住颜料分子。“就像‘幼儿园老师’一进教室，调皮乱跑的小朋友全被安抚住了。”

　　经过数百次配比调试，这面国旗终于在高温真空环境下稳住了原色。

　　但要让国旗在月面稳稳展开，远不止解决材料和染色那么简单。旗面还得缝到特制旗杆上，收起、展开都不能有丝毫松脱。

　　嫦娥五号国旗缝制时，曹根阳负责走针，学生潘恒在一旁协助，照看容易打卷的长线。从第一针开始，两人尽量一气呵成。一面旗约需缝一个半小时；正式动手前，他们会提前一两个小时不吃不喝，直到收好最后一针。

　　2020年12月，嫦娥五号带着一抹“中国红”成功落月。这面融入了古老蚕丝文明的五星红旗，在38万公里之外的月表稳稳立起，格外亮丽。

一面国旗背后是无数科研人员的心血。武汉纺织大学供图

　　月背上的“石头旗”

　　嫦娥五号任务圆满完成，这群年轻人的研制任务并未止步。

　　2021年年底，探月工程四期正式立项，其中的嫦娥六号任务目标指向了更神秘的月球背面。

　　“五号成功了，但六号不能只是简单地重复。”在复盘会上，徐院士提出了新的要求。

　　嫦娥五号用的芳纶纤维和锦纶纤维，本质上依然是“布”。要到达月球背面，国旗要从原来的一周延长到近一个月，飞行过程中，面临更长的高低温交变以及在月面等候的太空射线和紫外线强辐照考验，普通的织物纤维变脆、老化的风险更大。

　　能不能彻底换一种材料？团队把目光投向了无机矿物——玄武岩。玄武岩是典型的火山喷发岩，耐高温、耐低温、抗强辐射，化学性质极为稳定；更关键的是，探月工程探测数据早已证实，月壤的主要成分与地球上的玄武岩高度一致。

　　深空探测越往远处走，“就地取材”在地外天体制造建筑和构件就越重要。他们要解决一个更直接的问题：怎么把石头织成一面旗？

　　团队从太行山采集玄武岩，粉碎后送进高温炉，在1600摄氏度左右熔成岩浆。岩浆流动性极差，稍冷一点就会硬化，经常把喷丝孔堵死，或者刚拉出来就在半空崩断。

　　“就像吃拉面，你跟师傅说再拉细一点，好像多拉几下就行了。”曹根阳说，但石头不是面，玄武岩熔化后形成的纤维很脆，越往细处拉，越容易断。

　　负责纤维研发的王运利老师带着团队扎在车间，不断微调炉温、出丝孔大小和牵引速度，最终摸索出稳定出丝的工艺，将单丝直径控制在5微米左右，不到头发丝直径的十分之一。

　　可拉出细丝并不等于能织成旗帜。

　　“玄武岩纤维是无机纤维，表面光滑、脆硬，就像一根极细的钢针。”王运利说。平常织布用的棉线或羊毛，表面有天然毛刺和卷曲弹性，拧在一起就能牢牢咬合；石头抽出来的丝表面光滑，缺乏韧性与抓力。织布机上的机件高速往复拍打，石头丝经不住拉扯和剧烈摩擦，大面积脆断，碎裂成毛羽，甚至直接缠在滚轴上，织造无法继续。

　　硬碰硬走不通，团队研发出包缠复合技术，用韧性极强的柔性长丝将刚硬的玄武岩纤维紧密包裹起来。“相当于给脆硬的玄武岩长丝穿上一件‘保护衣’。”

　　这层外衣隔绝了机械动作对石头丝的直接撞击，提供了经纬交织所需的耐磨性。装上这层“保护衣”后，原本一扯就断的石头丝终于扛住了织机的往复拉扯与高频敲击。纱线紧密咬合在一起，最终织成了一块单面克重仅十余克、耐得住太空极端温差的特种布料。

　　刚下织机的布料呈现出岩石原生的灰褐色。如何让这样一块“石头布”呈现出鲜艳而稳定的红黄两色，又成了下一道难题。

　　玄武岩是无机矿物，表面光滑致密，普通染料根本无法吸附渗透。团队沿用了此前在微纳米着色上的技术积累，通过特殊的纱线结构设计，让芳纶发挥铆钉的作用，配合玄武岩一起把红黄两色牢牢附着，确保在正负150摄氏度，高真空，强紫外综合条件下，完成国旗在月球背面的展示任务。

　　相比嫦娥五号的有机面料，玄武岩织物的边缘更硬，也更脆。如果像常规织物那样直接受力固定，结构转折处的微小剪切应力就可能折断矿物纤维。团队重新设计了缝纫轨迹与边缘包覆结构，采用特种缝线，避开刚性死角，将旗面平整地固定在展开机构的连杆组件上。

　　最终，整面旗长300毫米、宽200毫米，重11.3克，比嫦娥五号的国旗还要轻0.5克左右。

　　从一根纤维到一面完整国旗，团队要走过至少50个环节。盛丹回忆，真正看到国旗展示机构在月背展开时，她注意到那个“伸出小手”的动作，“觉得特别可爱，也特别自豪”。

　　从月背传回的国旗画面，吸引了亿万国人的目光。2024年，徐卫林院士带着月球背面的国旗备份走进中宣部、教育部和中央广播电视总台联合主办的公益节目《开学第一课》，向全国中小学生讲述这面“石头旗”背后的故事。相关展品还被中国共产党历史展览馆、中国科学技术馆、中国人民革命军事博物馆等国家级场馆永久收藏。

　　凝结在一根根细小纤维里的科研心血，就这样走出了实验室，也走进了更多人的视野。

　　经纬交错，天地辽阔

　　从2012年接下月面国旗的研制任务，到嫦娥六号的“石头版”五星红旗在月背立起，整整12年。而今，任务仍在继续，参与其中的人也在成长。当年与曹根阳搭档缝制嫦娥五号国旗的90后学生潘恒，如今已经成为这个全国重点实验室的老师。盛丹也从当年在模拟舱前手足无措的学生，成长为独当一面的青年学者。

　　“刚进组时，我以为航天项目处处惊心动魄，上手才发现，真实的科研大多是枯燥，是一点点熬出来的。”潘恒说。

　　在这个过程中，徐院士常对年轻人讲3个字：“忍、韧、仁”。“忍”，是耐得住长期投入却未必马上见到成果；“韧”，是一次次碰壁后仍继续寻找办法；“仁”，是共同承担任务时，也看见身边人的付出与难处。

　　“航天任务周期极长，对年轻人来说，第一关就是‘忍’——忍得住寂寞，耐得住几个月甚至几年的枯燥。”王运利回忆，为了筛选出能扛住太空极端温差的材料，团队需要进行连续的高低温循环测试，4个小时高温烘焙，4个小时极低温冷冻。

　　“大家心里都憋着一股劲，想尽快拿出最可靠的数据。”王运利和曹根阳便定好闹钟，在实验室轮班值守。每隔4小时，就要把试样从高温环境转入液氮低温环境，连续几天不能中断。

　　盛丹至今记得，为了解决国旗面料套白泛黄的问题，她曾在生产车间摸索了一个多月。航天任务节点紧，她把能想到的办法一一试过，结果始终不理想。

　　徐院士得知后，让她把此前做过的实验全部重新梳理。“我当时只看结果行不行，不行就放下了，没有去分析其中的变化。”重新整理后，一些原本被她判定为“失败”的实验，其实已经显出了变好的趋势。沿着这个方向继续调整，问题最终得到了解决。在这支团队里，老师并不是直接给出答案，而是带着年轻人从一次次试验里学会自己寻找解法。

　　“上天入地，中间空气，处处都有纺织。”在徐院士看来，纺织不只属于服装，“我们要让纺织的优势渗透到我们能想到的各个领域”。

　　2017年，夏治刚带队到湖北襄阳的企业考察。企业负责人提出一个问题：既然玄武岩能耐高温，能不能把它做成衣服，保护火场中的消防员？

　　这个问题让夏治刚动了心。“这是一道世界难题，我们能否搏一搏？”他向团队提议。

　　真正着手研究时，他们发现，石头虽然不怕火，穿在身上却未必舒服。“亲肤，这是玄武岩纤维面料最难的一道坎！”夏治刚说。团队反复尝试，最终想到用柔软的纤维包裹住坚硬的玄武岩丝，让它既能抵御高温，也能贴近皮肤。

　　为了验证面料的耐高温性能，团队还做过一次实验：用1200摄氏度以上的火枪，对着覆盖在木头人偶手臂上的布料喷烧10秒。普通棉布瞬间燃烧，另一种常见的防护面料被烧穿，而玄武岩纤维布仍保持完整。

　　经受住了火焰的考验，但要让这样的面料真正成为消防员身上的防护服，还得解决实际生产中的难题。

　　读研究生时，夏治刚就跟着徐院士走访各地纺织企业，把车间当作另一间实验室。多年后，他与企业技术人员一道，反复调整工艺，让这种特殊纱线能够批量生产，并将其应用于消防服、防溅服、电焊服等防护产品。

　　2025年，徐院士团队夏治刚课题组联合华中科技大学陶光明教授，在国际学术期刊《Matter》发表玄武岩纤维先进纺纱技术研究论文。同年，这项技术获得中国纺织工业联合会科技进步奖一等奖。如今，团队还与航空工业相关单位开展合作，进一步探索玄武岩纤维在高性能防护材料、航空航天等领域的应用。

　　曾经跟着老师走进车间寻找问题的年轻人，如今也带着自己的学生，在一根根纤维中寻找新的可能。

　　在徐院士眼中，今天的纺织早已跳出了传统的认知边界，“从子弹打不穿的防弹衣，到火焰烧不着的消防服，到可以用于风力发电叶片增强和用于大飞机增强的骨架材料，纤维材料已经是今非昔比。”

　　武汉纺织大学的校歌里，有一句唱了多年的词：“纺大纺大，经天纬地。”这场从一根纤维开始的接力仍在继续，正如曹根阳所说：“一个人能做的事是有限的，但一群人能做的事，可能就超乎你的想象。”

　　郑茜月 中青报·中青网记者 雷宇 来源：中国青年报

　　2026年11月13日 07版