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为“天宫”编织“翅膀”

时间:2013/12/16  来源:中国纺织工程学会  阅读:948次

陈南梁在测试纤维材料性能。资料照片
陈南梁在测试纤维材料性能。资料照片

 

   当嫦娥三号探月之时,天宫一号也在太空迎候它的继任者天宫二号。这些航天大事件,令一位纺织学家陈南梁特别牵挂。因为,天宫一号、二号以及首批货运飞船开始搭建中国人的空间站,而它们上天的“翅膀”—太阳能电池板材都是陈南梁团队亲手编织的。

  常人想不到,这些航天器的太阳翼材质是玻璃纤维,它们被陈南梁编织成了半刚性的网格材料。最近,他还用镀金金属丝编结出我国首款星载网状天线,明年也将伴随高性能通信卫星升空。

  打开“航天纺织品”世界之前,这个追逐理想的人好几次都差点放弃。

  只因怕去“山沟沟”

  陈南梁是上海人,“60后”。理工成绩好,也想做医生。可考大学时,父母因为怕他毕业分配到外地工作,并没满足他的专业志愿。父母的逻辑很简单:当时上海本地医生满了,学医肯定被分到外地,说不定去“山沟沟”里;而纺织产业基本在沿海,学纺织不太可能去“山沟沟”吧。

  就这样,陈南梁考进了东华大学前身—华东纺织工学院的针织专业。他坦言,入学时根本不知道“针织”是搞什么的。第一学期,陈南梁有些自我放弃,觉得读书很没劲。直到他接触到物理学、机械原理等专业课名教授,并了解到纺织不是只有服装、床上用品、窗帘地毯等,还有一个大类:产业用纺织品。因为许多产业的传统材料,都能利用新型纤维材料、通过纺织方法而得到。比如,人造血管就是医用纺织品。发现专业与理想的最接近之处后,他开始卖力学习,留校助教,搞起科研,不曾回头。

  从血管织到风叶

  当陈南梁从人造血管干起时,他没想到这条路可不好走,也想不到这条路还能与航天器沾上边。

  陈南梁是土生土长的东华“本、硕、博”,从没真正留过学。唯一两次作为高级访问学者出国,均不超过半年,而且目的性很强。

  第一次就是瞄准人造血管,去了捷克布尔诺针织研究所,专攻血管经编技术。众所周知,纺织通常是经线、纬线十字交叉,而“经编”则是在45度甚至20度等方向上再编一路线,这样的结构更为“刚柔并济”。陈南梁学成归来,却发现国内纺织机械基础薄弱,纤维材料也缺乏,“经编”虽有技术却无用武之地。

  此路不通,但陈南梁没有完全放弃。经编技术毕竟还能织造其它产品,陈南梁经常去看有外国企业参加的展会,把各种经编产品研究透彻,其中包括用玻璃纤维经编而成的风力发电机叶片,又大又轻又强,可抗扭力破坏。为了把风叶编织技术学到手,他又到德国凯撒斯劳滕大学定向交流。那里拥有欧洲最好的试验设施,包括2000吨级压机。陈南梁意识到,国内经编要产业化,不能不先引进纺机设备,消化吸收再创新。经欧盟批准,通过产学研合作,首台经编机落户常州。此举让国内风机尺寸大长,功率从0.6兆瓦扩容到1.5兆瓦,如今正向2兆瓦进发。而数年之后,这类经编机也已实现国产。

  身边人倒在车间

  “大风车”随风飞转、坚韧耐久,陈南梁终于创造出一件完全不同于布料的增强型纺织品,这也让航天人找上门来。

  一入“门”才知道,空间站系统属于低轨道航天器,与地球虽近,但空间环境不好,不仅太空垃圾多,还充斥着“原子氧”,使铝合金等金属材料极易氧化报废。而航天器大量配备的太阳能电池帆板,正是铝合金制成的。用不会被氧化的玻璃纤维,经编“能源之翼”,能否替代兼具轻量和强度的铝合金帆板?高品质玻璃纤维如棉纱般柔顺,直径必须达到5微米,约常规产品四分之一粗细。这一级别的产品国外虽有,但绝不出口。

  航天任务如山,3月之内要交出小样。那3个月正是全年最热的3个月,陈南梁等五六个人整天泡在常州工厂里。出于多年来经编风机叶片积攒下的合作关系,工厂的车间就为陈南梁开过夜,直到凌晨两三点。

  那是一段最痛苦又最亢奋的日子,陈南梁根本不想睡觉,也一点觉不到累。俗话说“给多少料、织多少布”,可纺机刚一开动,往往最初的几十米是废布。而这种航天用的玻璃纤维是如此稀缺,几乎把陈南梁团队逼上绝路。经历了为期3个月的种种失败,甚至身边的博士生倒在没有空调的车间直冒冷汗。可陈南梁硬是撑到了最后的成功—获得合格样品的那一天,他没有睡着,第二天才发现自己早已体力透支。

  “天宫”终于有了新“翅膀”,这种经编网格刚中带柔,形成中空结构,不仅散热性能好,而且可以双面发电。陈南梁自豪地说,天宫一号解决了光电供能和长期留轨问题,相比2年设计寿命,可大大延迟“退休”。

  在这次“太空纺织革命”中,陈南梁及其合作者自主设计和制造了特种经编机,3年攻关期间取得七八项发明专利。基于这套研发系统,陈南梁刚刚向航天系统交付金属细丝经编而成的卫星天线,其直径可达32米,远远大于卫星本身。比起铝合金制成的锅盖形小天线,它轻巧结实,信号反射面积和效率大增。

  “如今才发现,这个航天产品的经编世界似乎是无限的,还可以做出很多东西来。”从自己手中“编造”出全新事物,年届半百的陈南梁比以往任何时候更接近大学时的梦想。

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