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9月15日晚,天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射基地成功发射升空。你可知道,东华大学有两项科技成果闪耀“天宫二号”飞天路,东华智慧和实力又一次成功服务国家航天事业。
它们分别是东华大学纺织学院研发团队的“半刚性电池基板玻璃纤维网格”成果,及东华大学服装与艺术设计学院研发团队的航天员服装研发设计相关成果。
当太阳能帆板在太空正常展开的刹那,标志着“天宫二号”发射取得成功。常人也许想不到,航天器这对太阳能“翅膀”的高性能电池片居然是附着在玻璃纤维上,它们被东华大学纺织学院陈南梁教授团队编织成了半刚性的网格材料,出色地为“天宫二号”提供能源动力。
正所谓十年磨一剑,常州五洋纺机与东华大学合作了十几年。早在2011年,陈南梁教授团队的这一科研成果就成功助力“天宫一号”顺利飞天。当时五洋纺机花了6年的时间,成功研发了GE299 半刚性玻璃纤维网格经编机,应用于制作“天宫一号”的关键性材料,为“天宫一号”上天编织出色的能源动力翅膀。
而这次用于“天宫二号”的半刚性玻璃纤维网格材料,在之前的基础上进行了再升级,打造出了2.0版。五洋纺机积极配合,对装备数字化升级、机械本身优化提升以及技术配件等方面做了较多的工作。
据陈南梁教授介绍,此次升级主要是对生产装备进行了改造,包括决定网格材料花纹结构的横移机构、均匀送出经纱的送经机构,以及使得线圈相连穿套的编织机构。
可别小看这样的改造,织出来的玻纤网格材料过不过硬,够不够强,能不能受得了恶劣的外太空环境考验,一切的源头都在生产机器和工艺上。
经过一系列的机器和工艺改良及优化,应用于“天宫二号”上的半刚性玻纤网格材料的结构精度、强度、稳定性得到了很大提高,对质量起到关键的提高,比如织物疵点由原来的3米一个疵点降为10米一个,总体强度较前提升了10%,从而有力地确保了此次“天宫二号”飞天任务的顺利完成。
五洋纺机经编机助力”天宫二号翅膀“再升级
研发历程回顾
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,伞骨上铺了一层薄薄的黄色金属网,既不挡雨也不遮阳,但就是这不起眼的金属网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。其学名叫“星载天线金属网”,参与研制它的是成功助力“天宫一号”和“天宫二号”发射的东华大学纺织学院陈南梁教授团队,而金属网则是通过国产RS系列经编机研发与织造出来的。
一 镀金钼丝用上经编机,经编技术浩瀚深邃太空
星载天线金属网(以下简称“金属网”),是由三梳RS经编机织造产生。
以往星载天线采用的多是铝合金等传统金属材质的材料,笨重且生硬,不利于卫星天线在太空中收放自如。找到一种材料能够让卫星天线既轻便又性能稳定,是航空航天领域一直追求的目标。
镀金钼丝具有高强度、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,受得住发射飞行外力“折腾”,还要柔软可编,易在太空中收纳展开。材料要“刚柔并济”,东华大学陈教授团队选择了纺织经编技术。
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”的重量较前减少了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。
二 经编精神:再坚持一步就是成功!
在没有任何技术支撑和参考的背景下,陈教授带着团队骨干一头扎进全国四大经编基地之一的常州,在这里和经编企业里的技术人员开始了“精耕细作”。
“陈老师经常挂在嘴边的一句话是:创新就是不断试错。这句话一直激励着我。”陈教授团队成员、现任润源医疗事业公司总经理张磊如是说。
据回忆,团队每次一待就是三四天,几乎天天都是凌晨2、3点睡觉。白手起家,谁都没有经验,技术创新、工艺创新谈何容易,很多时候团队都是摸着石头过河,对于用团队成员自己的话来说, “失败是再正常不过的事了”。
记得有一次,国家航天有关部门老总第二天就要来验收样品了。前一天,由于钼丝太细,肉眼很难察觉,挡车工操作时一个不小心把所有丝线都弄断了。这可急坏了陈教授他们。团队齐上阵,通宵赶工,一直到凌晨还没修复。验收就在眼前,要是无法如期出样,之前的努力将全都泡汤。大家急得像热锅上的蚂蚁,但所幸阵脚却未曾忙乱。“咬咬牙,或许下次就能成功”,想着这句平时陈教授对大家经常说的话,打样仍有条不紊地进行着。
最终,功夫不负有心人,样品终于在验收开始前及时织了出来。验收老总临走时拿着样品,满意地说“这下我们总算放心了”。自那以后,北斗星载天线金属网相关难题算被陈教授他们真正“攻”了下来,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。
“创新是个‘苦差事’,对我们高校科技工作者来说,失败是创新路上再正常不过的事了,但创新本身就是个不断试错的过程。每次到了最难的关头,我们总对自己说,坚持一点再一点,或许下一次,就能成功。”或许正是这种敢于试错、坚忍不拔的拼劲,支撑着团队熬过无数个失败的日夜迎来了今天的成功。
三 按自己的节奏迈向成功
咬定它,不抛弃,不放弃。如今,陈教授团队成功的将经编纺织技术应用在“天宫一号”、“星载天线金属网”和“天宫二号”等多个航天领域,并在承担着“天舟”系列货运飞船的相关科研生产任务。这是民族经编企业第一次助力中国航天事业,共同筑起中国飞天梦。
在未来,或许在更多未知的领域,会出现中国人的身影,在未来到来之前,让我们坚持梦想,按自己的节奏迈向成功!
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