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    纺织智造”:“星载天线金属网”用于北斗导航卫星

      发布时间:2018-03-22 13:42

      8月6日零时22分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功将天通一号01星发射升空,这是我国卫星移动通信系统首发星,被誉为“中国版的海事卫星”,其成功发射标志着我国进入了卫星移动通信的“手机时代”。该卫星大型天线使用了东华大学科研工作团队研制生产的金属网,显示出飞天高科技中“纺织智造”发挥的不可缺少的力量。

      在东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心实验室里,有一把特别的伞:它既不挡雨也不遮阳,特殊的伞骨上支撑起一层薄薄的金属网。它在我国北斗导航卫星、移动通讯卫星等多个系列卫星中发挥了至关重要的作用,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进程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。其学名叫“星载天线金属网”,参与研制它的正是曾成功助力“天宫一号”发射的东华大学纺织学院陈南梁教授团队。

      北斗卫星导航系统是我国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略并称为全球四大卫星导航系统。目前,我国已成功发射23颗北斗导航卫星。这些卫星像一颗颗棋子,精准分布在地球不同轨道,为我国和全球其他国家用户提供高质量的通讯服务。

      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。长期以来,我国星载天线金属网主要依赖进口。从2008年开始,陈南梁教授团队与相关研究所携手,踏上了一条国家航天使命必达的攻关路。

      以往星载天线采用的多是铝合金等传统金属材质的材料,又重又硬,不利于卫星天线在太空中灵活收放。有没有一种材料能够让卫星天线既轻便又性能稳定?经过反复试验,科研团队发现,镀金钼丝材料具有高强度、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之选,但要把它做成金属网却不简单,既要强韧,又要能耐受发射飞行的外力“折腾”,还要柔软可编,易在太空中收纳展开。而要实现“刚柔并济”,就不得不提纺织经编技术。

      纺织通常是经纬线十字交叉,而经编则是像织毛衣一样将纱线弯曲成圈相互穿套形成织物。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。据团队介绍,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”减重90%以上,且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。经过艰苦的摸索与实验,北斗星载天线金属网相关难题终于被攻克,移动通讯卫星的“大单”也随之而来,团队研发卫星天线金属网开启了规模化生产的旅程。

      以陈南梁教授团队为例,2011年,团队凭借半刚性玻璃纤维网格材料的研制为“天宫一号”上天编织出色的能源动力翅膀。而今,星载天线金属网又为推动卫星柔性天线关键产品的国产化发挥了里程碑的作用。据悉,团队目前正与国家航天相关部门紧密合作,承担着“天宫二号”、“天舟”系列货运飞船的相关科研生产任务。东华大学拥有的一流纺织科学与工程学科,也正在国家创新驱动的改革浪潮中悄然实现着转型升级的“华丽转身”。