经编航天新世界 | 什么?这也能织出来!
前段时间,两条新闻吸引了小编的眼球,一是愚人节,淘宝直播卖火箭(真火箭,上天的那种)
还有一个是特斯拉老总花3.4亿人民币“引爆”的猎鹰9号火箭
航天这个话题貌似最近有点火,而高端的航天事业其实也不乏经编纺织产品的身影。
今天我们就为大家转载一段之前在东方卫视热播的创时代栏目剧集,带大家走入经编的航天新世界。
中继星天线上的网是经编出来的
纺织作为一种柔性的产品,其实在航空航天领域有非常广阔的应用。中继星中有非常重要的一部分就是编织出来的。
节目中,嘉宾为大家带来了一把特殊的伞,而这把金属伞居然是卫星天线的模型。那它是怎样完成天线传递信息的功能的呢?鹊桥号上卫星的反射面和这个伞面一样是织出来的。那么编织出来的卫星天线好处在哪里呢?
要揭秘这些,我们首先要知道鹊桥号是我们现在深空探测最大的一个直径,大概4.2米。而这个直径大小就要求它展开时的韧性要好。否则容易破损。
这把伞看起来金灿灿的,其实是镀金的钼丝。钼丝的优势是空间环境应用比较稳定,强度也比较好。而外面镀金,是因为金这种材质的电性能,反射性能比较好。
这把伞的价值比金伞还要贵,因为钼丝拉到这样的细度,难度比拉金丝高的多,因此比金的制造成本还要高。像这把伞所使用的这种细度的钼丝,做成一个一平米大小的,光是丝的成本就高达16-30万元。视频中的这把伞,成本就接近10万元。
在金属钼丝外面镀上一层金,不仅使它的反射性能更好,还可以在地面发射过程中,起到抗氧化的作用。这种材料的发现和改良,使金属丝天线具有了更轻、更大、能耗更少的特点。与传统固化卫星天线相比,接收的信号也更强了。
这把伞到底是怎么织出来的?
那么这把神奇的伞是怎么织出来的呢?
首先,伞面的经编原料 — 钼丝要拉伸至一定的细度,随后还需要经过经过合股设备,形成一根类似头发丝直径的合股线。
伞面的编织使用合股钼丝而非直接用粗直径的钼丝。这是因为钼丝是很硬的一种金属,如果它不经过拉伸、变细以后,做不到柔软,也就无法编织。所以需要把它拉伸成14微米。但这个细度的丝强度又不够,因此要经过合股后,使它的强度足够编织。
简而言之,既要保证它的强度,还要有它的弹力、韧性。而韧性是关键。
在每次编织之前,都要经过纱线强度测试,单丝和股线都需要进行测试。最后编织好的织物也要经过强度测试。经过测试可以知道钼丝的最大承受张力和最大的伸长率。
通过张力测试后,钼丝需要通过分纱工序,使原本在小经轴上的金属钼丝整合到适合经编机上使用的大经轴上。这一道工序保证了丝线张力一致,为下一步在经编机上织出平整均匀的金属网做好充分的准备。
科研团队根据钼丝的特性,对经编机进行了调整,将经编机的来回摆幅的动程调到最小,使金属丝承受的张力波动越来越小。对于卷取的罗拉都采用了一体式浇铸的橡胶辊,因此没有凹槽,细的金属丝也不会嵌在里面,从而保证了金属网的平整性。
整个项目在2008年立项,2018年开始在中继星上使用,整整十年的时间。十年间,一代代的科研人员和纺织工人一起合力完成这一创举。真正的铁打的项目,流水的团队。
其实早在上世纪末,纺织技术就和航天技术开始了紧密的合作,比如半刚性基板、碳纤维的一些战略导弹的外壳、宇航员的服装等。很多经编技术早就用在了卫星之中,而且现在正在发挥作用.
比如之前的研究成果中,有将玻璃纤维利用经编的方法做的一个半刚性的太阳能电池基板,它是用在国家空间站的一些航天器,比如天宫一号这一系列的一些飞船上。
玻璃纤维是一种无机材料,飞行器处在一个地面轨道比较低的位置,这个高度的空间位置环境比较复杂和恶劣,有一些太空垃圾,特别是原子氧(腐蚀性很强),玻璃纤维这种材质就能够在这些恶劣环境中保持稳定。此外,经过经编成网状结构的玻璃纤维织物非常轻,两边都可以加载电池片,两边发电,提高了发电功率。
经编技术,在生活当中有哪些应用?
经编工艺在我们航天航空当中,用的其实非常多。生活中很多东西,尤其是意想不到的东西,都可以把它变成纤维,然后进行编织。生活中其他的方方面面都可能会用到我们的经编技术。
滑板、高尔夫球杆、风力发电叶片,这些生活中常见的东西都能织出来,你相信吗?
接下来出场的是织出来的汽车。这个车架里面的增强材料是利用经编多轴向技术编织而成的,用于新能源汽车,减轻它的重量,用来代替钢材,国外的比如宝马已经做到了整个车身都是碳纤维。
经编技术还可以生产人造血管。常人理解编织都是有空隙的,那这个人造血管会漏吗?
其实血管需要有渗血功能,凭借这一功能可以在血管的表面产生很多的营养因子,从而人体的组织就可以长在上面。血管是一体成型的,这是经编技术特有的工艺,然后我们要进行一些蛋白涂层。这样它就可以和人体的相融性非常的密切,人体就不会有排异性了。实际的大小可以进行裁剪。得益于经编技术的优势,这些血管裁剪好以后,它的纱线也不会脱落。
未来的经编技术,会不会更大程度地去改变我们的生活?其实我们现在有深空探测、深海探测,大健康产业。这几个领域里面都需要我们的经编技术和产品。纺织织物作为材料来说,它是一种柔软的、轻薄的功能性材料,具有很大的前景。
在未来会不会什么东西都可以织出来?
最后让我们来看一个小短片,展望下未来的经编世界!