世界首颗!8月21日,我国成功发射高轨合成孔径雷达卫星(SAR)——陆地探测四号01星。随着该大型环形合成孔径雷达天线成功展开,意味着该卫星近期已正式“上岗工作”。
如何让卫星既看得广、看得细,又看得快、看得清?卫星天线的研发至关重要。由东华大学纺织学院陈南梁教授团队首创的极细金属单丝网状织物“微张力”编织技术,为卫星大型可展开天线“编织”出新型超轻反射面材料,并护航新卫星展开目前世界最大的天线金属网反射面。
据悉,这颗突破多项关键技术的卫星,单次成像覆盖我国近1/6国土面积。它将服务于防灾减灾与地震监测、国土资源勘察以及海洋、水利、气象、农业、环保、林业等行业的应用需求,是我国目前行业用户最多的遥感卫星。
接受采访时,陈南梁教授团队不无自豪地表示,十几年来,更轻、更大、更强的卫星天线金属网不断升级,已装备在“北斗”“鹊桥”等几十颗卫星上。
啃下科研“硬骨头”,攻克“看似不可兼容”技术难题
陆地探测四号01星不仅“站得高、看得广”,还要看得“小而精”,兼顾普查模式和精细模式。因此,除了看得细、盯着看,还要求看得快、分辨率更高,统筹兼顾多地灾情,其应急模式可以支撑多地灾害同时发生情况下的监测需求。为此,相比应用在北斗等卫星上的天线金属网,新卫星对天线提出了更轻、更大、更强的要求。
为了兼具“轻”“大”“强”三种看似不可兼容的特性,陈南梁教授团队对这块科研“硬骨头”发起攻击。团队骨干、东华大学纺织学院蒋金华教授告诉记者,卫星天线既要重量轻,便于携带升空,还要展开口径大,满足信号接收需求,更要具备一定的强度,以保证卫星在恶劣的太空环境下“生存”。
蒋金华进而介绍,此前,卫星天线金属网选用金属钼丝作为原料。极细的金属钼丝虽柔软却强度不足,通常只能采用并线合股的编织方式提高整体强度。为了进一步降低材料重量、增加反射面面积,团队提出,直接采用极细金属钼单丝进行编织。为此,他们创新开发了“极细金属单丝网状织物‘微张力’编织技术”,并为大型可展开天线提供了新型超轻反射面材料。
▲陆地探测四号01星大型环状可展开网面天线
在实验室,有了“从0到1”的灵感和初步成果,下一个难关就是产业化生产和工业化应用,而传统编织设备已无法满足单丝编织这一创新要求。于是,从2018年起,该团队和湖南常德一家高新技术企业合作,重新研发设计生产装备。历时4年多,全新的天线金属网诞生:只有头发丝三分之一粗细,展开面积却可达一个篮球场的大小,强度也大幅提升。这样一来,帮助高轨卫星大大减轻了重量,并有效提高了其可展开天线反射面的面积和通信能力。如今,陆地探测四号01星装载的大口径环形展开反射面,成为目前我国口径最大、结构最复杂、展开环节最多、研制周期最长的天线。
科研人接续努力,先进纺织科技惠及更多领域
蒋金华告诉记者,从2004年接下第一个航天项目以来,在团队一代代科研人员的努力下,现在,卫星大型天线金属网研发制造全部环节已经实现国产化,关键核心技术牢牢掌握在自己手上。
同样令人欣喜的是,多项先进纺织科技不仅服务国家航空航天等重大战略,也可广泛应用于汽车、可穿戴智能设备、防护服、生命健康等多领域。团队成员、东华大学纺织学院青年讲师邵光伟表示,随着新兴科技走出实验室,向纺织产业上下游推广,现代纺织已然从传统意义上的“穿衣织布”转变为“纺织智造”,既可“上天揽月、下洋捉鳖”,又将惠及更多民生领域。
蒋金华和邵光伟是这支团队自主培养的新生力量。从陈南梁等前辈科学家的言传身教中,蒋金华经过硕士、博士阶段学习毕业后,毅然留校任教。正是这一年,硕士新生邵光伟进入了团队,他也做出了同样的选择:博士毕业后留校,放弃了产业界伸来的橄榄枝。
正值开学季,当东华大学本科新生入学,他们都将在这些老师的课堂上,了解中国人一次次飞天高度刷新背后的纺织科技贡献,深植科技自立自强的自信和梦想。
作者:储舒婷
编辑:施薇
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