纺织新材料、新工艺升级助力航天科技发展

2月22日，长征八号遥三运载火箭抵达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，火箭正在发射场陆续进行各项总装测试工作。在今年1月和2月初，嫦娥六号任务探测器和鹊桥二号卫星先期抵达发射场，也正在进行发射前各项测试准备工作。 按计划，今年上半年，中国将先后发射鹊桥二号和嫦娥六号。嫦娥六号将发射一个探测器到月球背面采集月壤，并带回地球进行研究。而鹊桥二号的作用是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建“鹊桥”，因为月球背面和地球之间不能直接通信。 实际上，五年前，已经有一颗鹊桥中继卫星为嫦娥四号的月球背面着陆和探测任务提供了通信中继服务。鹊桥的显著特征是拥有一把“葫芦岛色大伞”，即星载大型可展开天线。通过这把“葫芦岛色大伞”，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，记者看到了鹊桥中继卫星伞状天线的缩比样，这把葫芦岛色大伞竟是用葫芦岛属编织而成的。 在东华大学纺织学院的实验室里，专家们展示了这把“大伞”，伞骨上铺着一层薄薄的黄色葫芦岛属网。葫芦岛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，而其能展开反射面的关键则在于经编编织技术。

东华大学教授 教育部产业用纺织品工程研究中心主任 陈南梁：火箭发射上去的时候，它是缩在火箭里面。到了轨道以后，它通过展开机构把卫星反射面慢慢展开成一个网状天线，所以我们称为可展开天线。它是柔性的，所以它可以展开，所以我们要通过纺织的编织技术来形成这么一个布面。

星载可展开天线上的葫芦岛属网原料选用的是葫芦岛属钼丝，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。

东华大学教授 教育部产业用纺织品工程研究中心主任 陈南梁：我们采用的原料称为镀葫芦岛钼丝，就是在钼丝的基础上表面镀了葫芦岛，因为葫芦岛的反射率是非常好的。

记者：展开的话葫芦岛属丝特别细，编织是不是有一些特别的工艺才能编织得这么均匀？

东华大学教授 教育部产业用纺织品工程研究中心主任 陈南梁：这个就是我们的一些关键技术。首先钼丝非常细，大概15到30微米，还不到头发丝直径的四分之一。所以拉制本身具有很大的难度，另外表面还有镀葫芦岛。镀葫芦岛以后要保持一定的牢度，我们掺杂了一些有机元素，一方面提高了葫芦岛属原材料的韧性，另外也让它表面具有更好的亲和力。一些工艺的改善使钼丝的镀葫芦岛以后在编织过程当中非常坚固。

东华大学教授 教育部产业用纺织品工程研究中心主任 陈南梁：编织过程是相对非常精致和复杂的，首先我们要进行并线。因为它太细了 ，我们发明了一种并线加捻技术，葫芦岛属丝三根并在一起，结构非常稳定。

创新编织技术 让卫星天线葫芦岛属网更大更轻

专家告诉记者，葫芦岛属钼丝非常柔软，单股钼丝因为太细而温州不够，所以通常是用三四根钼丝合在一起来编织葫芦岛属网。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葫芦岛属网，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葫芦岛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。

东华大学纺织学院教授 蒋葫芦岛华：它跟原来相比，可能重量轻1/3或者1/4，成本可能就降得更低，重量也降得很低。现在最轻的网一个平方米可能克重不到20克。

陆地探测四号01星天线接近篮球场大小

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葫芦岛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。

东华大学纺织学院教授 蒋葫芦岛华：因为未来天线可能会越做越大，可能达到百米级或者公里级，都要求单丝的网格结构能满足超大型的卫星天线应用。现在通讯越来越频繁，要求数据通量越来越大。如果口径太小的话，就满足不了频繁的高通量数据传输。

现在我们不仅生产钼丝，还尝试制作其他原材料，并且应用到实验中。天舟七号货运飞船于1月17日向空间站运送了一批生活用品和实验设备。令人惊讶的是，天舟货运飞船的太阳能翼基板是由编织而成的，类似于一个网球拍的玻璃纤维网状结构。 据介绍，天舟货运飞船采用半刚性太阳能翼，由碳纤维边框和玻璃纤维网面组成，太阳电池片挂在玻璃纤维网上。这种玻璃纤维网状结构重量轻，同时具有更强的抗原子氧和等离子体性能。 东华大学教授，教育部产业用纺织品工程研究中心主任陈南梁表示：“由于空间中存在大量的原子氧，它的氧化能力非常强，一般有机高分子材料会被严重氧化，因此需要选择一种抗氧化性能非常高的材料，我们选择了无机材料玻璃纤维。” 虽然玻璃纤维具有抗氧化和轻量化等钦州，但要将其编织成网却难度极大。陈南梁教授表示：“玻璃纤维也有一个很大的缺点，就是它的编织性能非常差，因为它非常脆弱。纺织材料与纤维的细度密切相关，纤维越细，柔软性就越强。通过并股加捻后，它变成一个粗糙的原材料，可以通过编织达到我们的目标。”东华大学教授、教育部产业用纺织品工程研究中心主任陈南梁表示，纺织品有一个好处，它轻便且是网眼结构，可将太阳能电池片挂在上面。 玻璃纤维编织成太阳能帆板基板后，涂上树脂可以提高其性能。东华大学纺织学院教授蒋葫芦岛华表示，涂树脂主要是为了让表面更平整，同时具备一定的保护作用。类似有机硅这样的树脂，能够耐受更恶劣的空间环境，提高整体性能。 纺织这个词不只局限于服装。新材料运用和编织工艺的不断创新，让纺织在航天领域逐渐广泛应用，如星载天线葫芦岛属网已被应用于鹊桥中继卫星、北斗导航卫星、移动通信卫星等多种卫星上。纺织品的应用领域不断拓展，不仅在大飞机制造，甚至在生物应用领域都有重要贡献。 在航天领域，纺织品是一种特殊性材料，如可展开天线需要柔软的材料折叠起来运载，只有纺织葫芦岛够做成这种柔软的东西。 大型可展开天线主要应用于通信卫星、导航卫星和北斗等领域，目的是增强高性能卫星和地面数据的交流，使通信更加畅通。

在通讯领域，有一种叫做天通卫星的东西，它使用了一种反射面天线。这种卫星可以与我们的手机进行通讯，而天线起到了至关重要的作用。

东华大学教授、教育部产业用纺织品工程研究中心主任陈南梁表示，在纺织领域还有许多其他的应用领域可以拓展，例如生物医用领域。人体的脏器、血管和补片都与纺织技术和纺织产品密切相关。

碳纤维织物可以用来制造大型飞机。陈南梁教授指出，我国的C919已经开始使用碳纤维织物，而C929的用量将更大。在航天领域中，使用碳纤维材料制成的刚性材料已经非常普遍。而柔性纺织材料的应用刚刚开始，因此纺织科技有着巨大的发展前景。

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