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纺织科技助中国九天揽月搭“鹊桥”

发表时间:2018/5/24

5月21日凌晨5点28分,我国在西昌卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将嫦娥四号中继星“鹊桥”发射升空。这颗卫星穿针引线,在地面和月球背面之间架起了通信的桥梁。


装载着“鹊桥”号的长征四号发射瞬间


“鹊桥”号中继星是今年年底将要实施的嫦娥四号探月任务架设的,是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点的通信卫星,也将成为人类历史上第一颗地球轨道外专用中继通信卫星。



众所周知,月球的自转和公转周期相同,导致它只有一面对着地球,我们在地球上永远没法直接看到月球背面。而嫦娥四号的着陆器和月球车,就要在我们看不见的月球背面着陆。只有先架好了“鹊桥”,嫦娥四号到了月球背面之后,才不会跟我们失去联系。而最好的办法就是在地月拉格朗日L2点布置一颗中继卫星,既能“看到”月球背面,也能“看到”地球,可以提供嫦娥四号软着陆及月面工作期间的测控支持。



这颗中继卫星质量425kg,预期寿命5年以上。本体为长方体构型,顶部安装大口径的伞状抛物面天线,将承担对月双向中继的重任。其中承担着重要任务的伞状抛物面天线,就运用了东华大学纺织学院陈南梁教授团队参与研制的星载天线金属网。


“鹊桥”号中继卫星天线打开效果图


这把“伞”的学名叫“星载天线金属网”,它不仅开创了我国卫星采用自主研发金属网天线的历史,还为柔性天线关键产品国产化发挥了里程碑式的作用,为国产金属网在轨顺利应用奠定了坚实的基础。金属网是卫星天线反射电磁波的关键部件和星载网状天线的基础材料。但长期以来,我国星载天线金属网主要靠进口,从2008年开始,陈南梁教授团队与相关研究所携手,不断突破技术壁垒,真正实现了星载天线金属网的国产化。


陈南梁教授团队开展星载天线金属网研究


以往星载天线采用的多是铝合金等传统金属材料,密度大且柔韧性差,不利于卫星天线在太空中收放自如。反复试验中,陈南梁教授团队发现镀金钼丝能够让卫星天线既轻便又性能稳定。该材料具有高强度、低热膨胀系数、不易断、反射率高等特性,是用于制造空间可展开网状天线反射体的绝佳“物选”。但要把它做成金属网却不简单,既要强韧,受得住发射飞行中外力“折腾”,还要柔软可编织,易在太空中收纳展开。既然要“刚柔并济”,就要利用到陈南梁教授团队擅长的纺织经编技术。



在生产网眼织物时,与其他生产技术相比,经编技术更实用。生产的网眼织物可以有不同的大小和形状,并且不需要经过任何特殊整理,单靠自身结构就能使织物形状稳定、牢固。这对于在太空恶劣环境下“生存”的卫星来说是再好不过的了。



经过长期不懈的科研攻关,陈南梁教授团队采用极细金属丝合股及经编技术,实现了把只有头发丝四分之一细的极细镀金钼丝纤维合股加捻的技术突破,还创新设计制造出专用的并线、整经和经编设备及全套生产工艺。据介绍,这一系列的技术和工艺突破,不仅顺利实现了卫星天线金属网“刚柔并济”,同时还让这把“大伞”的重量较之前减少了90%以上,更便于携带和做大尺寸,北斗导航卫星、移动通讯卫星的大功率通讯都得益于此。经过陈南梁教授团队的不懈努力,一张织出来的小小金属网就能大大地助力中国航天事业的发展。


金属网在经编机上进行生产

(来源:东华大学微信公众号)