新材料+新工藝 紡織不只屬于服裝也來助力航天領(lǐng)域

　　2月22日，長征八號(hào)遙三運(yùn)載火箭運(yùn)抵中國文昌航天發(fā)射場(chǎng)，將用于執(zhí)行探月工程四期鵲橋二號(hào)中繼星發(fā)射任務(wù)。目前，火箭在發(fā)射場(chǎng)陸續(xù)開展各項(xiàng)總裝測(cè)試工作。此前，在今年1月和2月初，嫦娥六號(hào)任務(wù)探測(cè)器、鵲橋二號(hào)衛(wèi)星已經(jīng)先期抵達(dá)發(fā)射場(chǎng)，也都正在進(jìn)行發(fā)射前各項(xiàng)測(cè)試準(zhǔn)備工作。

　　按計(jì)劃，今年上半年，我國將先后發(fā)射鵲橋二號(hào)和嫦娥六號(hào)。嫦娥六號(hào)，就是要發(fā)射一個(gè)探測(cè)器到月球背面去采集月壤，然后帶回地球來研究。那鵲橋二號(hào)起什么作用呢？因?yàn)樵虑虮趁婧偷厍蛑g不能直接通信，所以要先發(fā)射鵲橋二號(hào)這顆中繼衛(wèi)星，它可以為將來去月球背面采樣的嫦娥六號(hào)探測(cè)器和地面站之間的信號(hào)聯(lián)絡(luò)搭起“鵲橋”。

　　鵲橋“金色大傘” 柔軟的星載天線金屬網(wǎng)

　　在鵲橋二號(hào)之前，其實(shí)五年多前，已經(jīng)有一顆鵲橋中繼衛(wèi)星為嫦娥四號(hào)的月球背面著陸、探測(cè)任務(wù)提供了通信中繼服務(wù)。鵲橋顯著的特征就是擁有這樣一把“金色大傘”，叫做星載大型可展開天線。通過這把“金色大傘”，實(shí)現(xiàn)了地球與月球背面的通信。在上海東華大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里就有鵲橋中繼衛(wèi)星傘狀天線的縮比樣，這把金色大傘竟是用金屬編織而成的。

　　在東華大學(xué)紡織學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里，記者看到了這把“大傘”，傘骨上鋪了一層薄薄的黃色金屬網(wǎng)。專家介紹，金屬網(wǎng)是星載可展開天線反射電磁波的關(guān)鍵部件，在發(fā)射進(jìn)入軌道過程中能夠展開，其能展開反射面的關(guān)鍵就在經(jīng)編編織技術(shù)。

　　東華大學(xué)教授 教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心主任 陳南梁：火箭發(fā)射上去的時(shí)候，它是縮在火箭里面。到了軌道以后，它通過展開機(jī)構(gòu)把衛(wèi)星反射面慢慢展開成一個(gè)網(wǎng)狀天線，所以我們稱為可展開天線。它是柔性的，所以它可以展開，所以我們要通過紡織的編織技術(shù)來形成這么一個(gè)布面。

　　星載可展開天線上的金屬網(wǎng)原料選用的是金屬鉬絲，為了增加其性能，專家在極細(xì)的鉬絲上又做了更多的鍍層處理和加工。

　　東華大學(xué)教授 教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心主任 陳南梁：我們采用的原料稱為鍍金鉬絲，就是在鉬絲的基礎(chǔ)上表面鍍了金，因?yàn)榻鸬姆瓷渎适欠浅：玫摹?/p>

　　記者：展開的話金屬絲特別細(xì)，編織是不是有一些特別的工藝才能編織得這么均勻？

　　東華大學(xué)教授 教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心主任 陳南梁：這個(gè)就是我們的一些關(guān)鍵技術(shù)。首先鉬絲非常細(xì)，大概15到30微米，還不到頭發(fā)絲直徑的四分之一。所以拉制本身具有很大的難度，另外表面還有鍍金。鍍金以后要保持一定的牢度，我們摻雜了一些有機(jī)元素，一方面提高了金屬原材料的韌性，另外也讓它表面具有更好的親和力。所以，一些工藝的改善使鉬絲的鍍金以后在編織過程當(dāng)中非常堅(jiān)固。

　　東華大學(xué)教授 教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心主任 陳南梁：編織過程是相對(duì)非常精致和復(fù)雜的，首先我們要進(jìn)行并線。因?yàn)樗?xì)了 ，我們發(fā)明了一種并線加捻技術(shù)，金屬絲三根并在一起，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。

　　創(chuàng)新編織技術(shù) 讓衛(wèi)星天線金屬網(wǎng)更大更輕

　　專家告訴記者，金屬鉬絲非常柔軟，單股鉬絲因?yàn)樘?xì)而強(qiáng)力不夠，所以通常是用三四根鉬絲合在一起來編織金屬網(wǎng)。不過現(xiàn)在，在衛(wèi)星大型化的趨勢(shì)下，天線反射面越做越大，這有利于天地之間的通信。但面積大了，重量也會(huì)更重。怎么能讓天線又大又輕呢？ 研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新編織技術(shù)，現(xiàn)在可以用單股鉬絲編織成更大更輕的金屬網(wǎng)，最大的差不多有籃球場(chǎng)那么大。

　　從2017年開始，東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織柔性結(jié)構(gòu)材料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)開始攻關(guān)金屬鉬絲單絲經(jīng)編技術(shù)。經(jīng)過5年的努力，創(chuàng)新研發(fā)了“微張力”經(jīng)編技術(shù)及裝備，極大減輕了新型天線反射面的重量。

　　東華大學(xué)紡織學(xué)院教授 蔣金華：它跟原來相比，可能重量輕1/3或者1/4，成本可能就降得更低，重量也降得很低。所以，現(xiàn)在最輕的網(wǎng)一個(gè)平方米可能克重不到20克。

　　陸地探測(cè)四號(hào)01星天線接近籃球場(chǎng)大小

　　2023年8月發(fā)射的陸地探測(cè)四號(hào)01星，其反射面就是采用極細(xì)金屬鉬絲單絲進(jìn)行編織的，它的環(huán)形大天線展開面積接近一個(gè)籃球場(chǎng)場(chǎng)地的面積，極大提高了高軌衛(wèi)星可展開天線反射面面積和通訊能力。

　　東華大學(xué)紡織學(xué)院教授 蔣金華：因?yàn)槲磥硖炀€可能會(huì)越做越大，可能達(dá)到百米級(jí)或者公里級(jí)，都要求單絲的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)能滿足超大型的衛(wèi)星天線應(yīng)用。現(xiàn)在通訊越來越頻繁，要求數(shù)據(jù)通量越來越大。如果口徑太小的話，就滿足不了頻繁的高通量數(shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)在我們不光在做鉬絲，其它的原料我們也在做，也在做一些嘗試應(yīng)用。

　　天舟的“翅膀” 編織出的“網(wǎng)球拍”

　　1月17日，天舟七號(hào)貨運(yùn)飛船為空間站送去了一批生活物資和實(shí)驗(yàn)器材。原來天舟貨運(yùn)飛船的太陽翼基板竟然也是編織出來的，其玻璃纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，看上去就像一個(gè)網(wǎng)球拍。

　　玻璃纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 輕量化且抗氧化

　　據(jù)介紹，天舟貨運(yùn)飛船采用的是半剛性太陽翼，這種太陽翼的邊框?yàn)樘祭w維，中間是玻璃纖維網(wǎng)組成的網(wǎng)面，類似一個(gè)網(wǎng)球拍，太陽電池片就鉤掛于玻璃纖維網(wǎng)上。這種玻璃纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具備了輕量化的特點(diǎn)，而且對(duì)低軌空間環(huán)境中的原子氧、等離子體有更強(qiáng)的防護(hù)性。

　　東華大學(xué)教授 教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心主任 陳南梁：空間有大量的原子氧存在，氧化能力非常強(qiáng)，所以一般有機(jī)高分子材料被氧化得非常厲害，所以要選擇一種抗氧化能力非常高的材料，我們就選擇了無機(jī)材料玻璃纖維。

　　玻璃纖維擁有抗氧化、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。但想用玻璃纖維編織成網(wǎng)，難度非常大。

　　東華大學(xué)教授 教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心主任 陳南梁：玻璃纖維也存在一個(gè)非常大的弱點(diǎn)，它的編織性能就非常差，因?yàn)樗浅４唷＜徔棽牧细w維的細(xì)度是密切相關(guān)的，纖維越細(xì)，柔軟性就非常強(qiáng)。通過并股加捻以后，它變成一個(gè)非常粗的原材料，可以通過編織來達(dá)到這樣一個(gè)目標(biāo)。

　　東華大學(xué)教授 教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心主任 陳南梁：它還有一個(gè)好處，輕，都是網(wǎng)眼，把太陽能電池片鉤掛在上面。

　　玻璃纖維涂上樹脂 更耐空間環(huán)境

　　玻璃纖維在編織成太陽能帆板的基板后，還會(huì)涂上樹脂，以提升其性能。

　　東華大學(xué)紡織學(xué)院教授 蔣金華：涂樹脂主要是讓表面更平整，也可以給它起到一個(gè)保護(hù)作用。因?yàn)橄裼袡C(jī)硅這一類樹脂，它耐空間環(huán)境更好，而且穩(wěn)定性還有耐磨性也可以提高，把整體性能可以大大提高。

　　你所不知道的“紡織” 還能做這些

　　新材料運(yùn)用、新編織工藝，讓紡織這個(gè)詞不止局限于服裝的概念。像剛才提到的“星載天線金屬網(wǎng)”，已經(jīng)在鵲橋中繼衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、移動(dòng)通信衛(wèi)星等多種衛(wèi)星上得到應(yīng)用。紡織，不僅在航天領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，在大飛機(jī)制造甚至在生物應(yīng)用領(lǐng)域也大有可為。

　　東華大學(xué)教授 教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心主任 陳南梁：紡織是一種材料，可能是一種特殊性的材料，比如說航天。航天領(lǐng)域，比如說可展開的天線，它要大型化。鋼材是硬性材料，沒辦法做這么大，運(yùn)載也沒法運(yùn)載。所以需要一種柔軟的東西折疊起來，然后到了使用的場(chǎng)景展開，只有紡織品能夠做成這種柔軟的東西。

　　通信無障礙 手機(jī)連衛(wèi)星

　　東華大學(xué)教授 教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心主任 陳南梁：大型可展開天線主要是為了增強(qiáng)高性能衛(wèi)星和地面數(shù)據(jù)的交流，主要應(yīng)用在一些通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星，在北斗也有用。在通訊里面有天通衛(wèi)星，也是用了反射面的天線。衛(wèi)星和我們的手機(jī)可以通訊，這個(gè)天線是起到了非常決定性的作用。

　　生物應(yīng)用類 臟器血管補(bǔ)片

　　東華大學(xué)教授 教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心主任 陳南梁：紡織還有很多的應(yīng)用領(lǐng)域可以去拓展，比如：生物醫(yī)用領(lǐng)域。人體的臟器、血管、補(bǔ)片，這些東西都是跟紡織技術(shù)、紡織產(chǎn)品密切相關(guān)。

　　碳纖維織物 制造大飛機(jī)

　　東華大學(xué)教授 教育部產(chǎn)業(yè)用紡織品工程研究中心主任 陳南梁：現(xiàn)在C919已經(jīng)用上我們國家的碳纖維織物了，C929的用量會(huì)更大。航天領(lǐng)域也很多，用碳纖維材料做成的這種剛性材料已經(jīng)非常普遍了。而柔性紡織材料的應(yīng)用現(xiàn)在才剛剛開始，所以我們講紡織科技也是有非常大的前景。

　　（來源：央視新聞客戶端）