纺织科技助力航天领域,展现新时代“第一动力”的澎湃活力

(2月22日),长征八号遥三运载火箭运抵中国文昌航天发射场,将用于执行探月工程四期鹊桥二号中继星发射任务。目前,火箭在发射场陆续开展各项总装测试工作。此前,在今年1月和2月初,嫦娥六号任务探测器、鹊桥二号卫星已经先期抵达发射场,也都正在进行发射前各项测试准备工作。
按计划,今年上半年,我国将先后发射鹊桥二号和嫦娥六号。嫦娥六号,简单说,就是要发射一个探测器到月球背面去采集月壤,然后带回地球来研究。那鹊桥二号起什么作用呢?因为月球背面和地球之间不能直接通信,所以要先发射鹊桥二号这颗中继卫星,就像大屏幕上演示的这样,它可以为将来去月球背面采样的嫦娥六号探测器和地面站之间的信号联络搭起“鹊桥”。

鹊桥“金色大伞” 柔软的星载天线金属网

  在鹊桥二号之前,其实五年多前,我们已经有一颗鹊桥中继卫星为嫦娥四号的月球背面着陆、探测任务提供了通信中继服务。鹊桥显著的特征就是拥有这样一把“金色大伞”,叫作星载大型可展开天线,通过这把“金色大伞”,实现了地球与月球背面的通信。在上海,东华大学的实验室里就有鹊桥中继卫星伞状天线的缩比样,这把“金色大伞”竟是用金属编织而成的。

  在东华大学纺织学院的实验室里,记者看到了这把“大伞”,伞骨上铺了一层薄薄的黄色金属网。专家介绍,金属网是星载可展开天线反射电磁波的关键部件,在发射进入轨道过程中能够展开,其能展开反射面的关键就在经编编织技术。星载可展开天线上的金属网原料选用的是金属钼丝,为了增加其性能,专家在极细的钼丝上又做了更多的镀层处理和加工。

创新编织技术 让卫星天线金属网更大更轻

  原来金属也能编织。专家告诉记者,金属钼丝非常柔软,单股钼丝因为太细而强力不够,所以通常是用三四根钼丝合在一起来编织金属网。不过现在,在卫星大型化的趋势下,天线反射面越做越大,这有利于天地之间的通信,但面积大了,重量也会更重。怎么能让天线又大又轻呢?研究团队创新编织技术,现在可以用单股钼丝编织成更大更轻的金属网,最大的差不多有篮球场那么大。

  从2017年开始,东华大学产业用纺织柔性结构材料创新团队 开始攻关金属钼丝单丝经编技术,经过5年的努力,创新研发了“微张力”经编技术及装备,极大减轻了新型天线反射面的重量。

  2023年8月发射的陆地探测四号01星,其反射面就是采用极细金属钼丝单丝进行编织的,它的环形大天线展开面积接近一个篮球场场地的面积,极大提高了高轨卫星可展开天线反射面面积和通讯能力。

天舟的“翅膀” 编织出的“网球拍”

  一个多月前,天舟七号货运飞船为空间站送去了一批生活物资和实验器材。你知道吗?天舟货运飞船的太阳翼基板竟然也是编织出来的,其玻璃纤维网状结构看上去就像一个网球拍。

  据介绍,天舟货运飞船采用的是半刚性太阳翼,这种太阳翼的边框为碳纤维,中间是玻璃纤维网组成的网面,类似一个网球拍,太阳电池片就钩挂于玻璃纤维网上。这种玻璃纤维网状结构具备了轻量化的特点,而且对低轨空间环境中的原子氧、等离子体有更强的防护性。玻璃纤维拥有抗氧化、重量轻等优点,但想用玻璃纤维编织成网,难度非常大。玻璃纤维在编织成太阳能帆板的基板后,还会涂上树脂,以提升其性能。