Über die „schwarze Technologie“ von Lebensmitteln, Kleidung, Wohnen und Transport hinaus können Textilien auch Himmel und Erde erreichen!

Am 22. Februar traf die Trägerrakete Yao-3 vom Typ Langer Marsch 8 im Weltraumbahnhof Wenchang in China ein und wird für den Start des Relaissatelliten Queqiao-2 der vierten Phase des Monderkundungsprojekts eingesetzt. Derzeit werden an der Rakete auf dem Startplatz verschiedene Montage- und Testarbeiten durchgeführt. Zuvor waren im Januar und Anfang Februar dieses Jahres die Missionssonde Chang'e-6 und der Satellit Queqiao-2 bereits am Startplatz eingetroffen und führten dort verschiedene Testvorbereitungen vor dem Start durch. Dem Plan zufolge wird mein Land in der ersten Hälfte dieses Jahres Queqiao-2 und Chang'e-6 starten. Chang'e 6 soll eine Sonde zur Rückseite des Mondes schicken, um Mondboden zu sammeln und ihn dann zur Erforschung zur Erde zurückzubringen. Was ist also die Funktion von Queqiao-2? Da zwischen der Rückseite des Mondes und der Erde keine direkte Kommunikation möglich ist, muss zunächst der Relaissatellit Queqiao-2 gestartet werden. Es kann eine „Magpie Bridge“ für die Signalkommunikation zwischen der Chang'e-6-Sonde, die künftig zur Probenentnahme auf die Rückseite des Mondes fliegen wird, und der Bodenstation bauen.

Vor Queqiao-2 hatte vor mehr als fünf Jahren ein Queqiao-Relaissatellit Kommunikationsrelaisdienste für die Lande- und Erkundungsmission von Chang'e-4 auf der Rückseite des Mondes bereitgestellt. Das bemerkenswerteste Merkmal von Queqiao ist sein „goldener Schirm“, die sogenannte große, satellitengestützte, ausfahrbare Antenne. Durch diesen „goldenen Regenschirm“ wird die Kommunikation zwischen der Erde und der Rückseite des Mondes hergestellt. Im Labor der Donghua-Universität in Shanghai befindet sich eine verkleinerte Version der schirmförmigen Antenne des Queqiao-Relaissatelliten. Dieser große goldene Regenschirm besteht tatsächlich aus gewebtem Metall.

Im Labor der Textilschule der Donghua-Universität sah der Reporter diesen „großen Regenschirm“ mit einer dünnen Schicht aus gelbem Metallgeflecht auf den Streben. Das Metallgeflecht ist nach Ansicht von Experten eine Schlüsselkomponente für die satellitengestützte, ausfahrbare Antenne zur Reflexion elektromagnetischer Wellen. Es kann während des Starts in die Umlaufbahn eingesetzt werden und der Schlüssel zur Fähigkeit, die reflektierende Oberfläche einzusetzen, liegt in der Kettenwirktechnologie.

Chen Nanliang, Professor an der Donghua-Universität und Direktor des Forschungszentrums für industrielle Textiltechnik des Bildungsministeriums: Beim Start der Rakete wird es in das Innere der Rakete eingefahren. Nach Erreichen der Umlaufbahn entfaltet der Satellit mithilfe des Entfaltungsmechanismus langsam seine reflektierende Oberfläche zu einer Netzantenne. Wir sprechen deshalb von einer entfaltbaren Antenne. Es ist flexibel und kann daher entfaltet werden. Um eine solche Stoffoberfläche zu formen, müssen wir Textilwebtechnik verwenden. Das Metallgitter der satellitengestützten, ausfahrbaren Antenne besteht aus metallischem Molybdändraht. Um die Leistung zu verbessern, haben Experten weitere Beschichtungs- und Verarbeitungsbehandlungen am extrem feinen Molybdändraht durchgeführt.

Chen Nanliang, Professor an der Donghua-Universität und Direktor des Forschungszentrums für industrielle Textiltechnik des Bildungsministeriums: „Der von uns verwendete Rohstoff ist sogenannter vergoldeter Molybdändraht, also Molybdändraht mit einer Goldbeschichtung auf der Oberfläche, da die Reflektivität von Gold sehr gut ist.“

Reporter: Im entfalteten Zustand ist der Metalldraht sehr dünn. Sind beim Weben besondere Techniken erforderlich, um es so gleichmäßig zu machen?

Chen Nanliang, Professor an der Donghua-Universität und Direktor des Forschungszentrums für industrielle Textiltechnik des Bildungsministeriums: Dies sind einige unserer Schlüsseltechnologien. Erstens ist der Molybdändraht sehr dünn, etwa 15 bis 30 Mikrometer, weniger als ein Viertel des Durchmessers eines Haares. Daher ist das Zeichnen selbst sehr schwierig und die Oberfläche ist zudem vergoldet. Um nach der Vergoldung eine gewisse Echtheit zu erhalten, fügen wir einige organische Elemente hinzu, die einerseits die Zähigkeit der metallischen Rohstoffe verbessern und andererseits ihrer Oberfläche eine bessere Affinität verleihen. Daher wurde durch einige Prozessverbesserungen dafür gesorgt, dass der vergoldete Molybdändraht während des Webprozesses sehr stark ist.

Chen Nanliang, Professor an der Donghua-Universität und Direktor des Forschungszentrums für industrielle Textiltechnik des Bildungsministeriums: Der Webprozess ist relativ heikel und kompliziert. Zuerst müssen wir die Thread-Parallelisierung durchführen. Da es so dünn ist, haben wir eine Drahtverdrillungstechnologie erfunden, bei der drei Metalldrähte miteinander verdrillt werden, wodurch die Struktur sehr stabil wird.

Experten erklärten Reportern, dass metallischer Molybdändraht sehr weich sei und ein einzelner Strang Molybdändraht zu dünn und nicht stark genug sei. Daher würden üblicherweise drei oder vier Molybdändrähte miteinander kombiniert, um ein Metallgeflecht zu weben. Mit dem Trend zu größeren Satelliten wird jedoch die reflektierende Oberfläche der Antenne immer größer, was der Kommunikation zwischen Erde und Himmel förderlich ist. Aber je größer die Fläche, desto schwerer wird das Gewicht. Wie können wir die Antenne groß und leicht machen? Das Forschungsteam hat die Webtechnologie weiterentwickelt und kann nun mit einsträngigem Molybdändraht größere und leichtere Metallnetze weben. Der größte ist etwa so groß wie ein Basketballfeld. Seit 2017 beschäftigt sich das Innovationsteam für flexible Strukturmaterialien für Industrietextilien der Donghua-Universität mit der Kettenwirktechnologie aus metallischem Molybdändraht-Monofilament. Nach fünf Jahren harter Arbeit haben wir eine innovative „Mikrospannungs“-Kettenwirktechnologie und -ausrüstung entwickelt, die das Gewicht des neuen Antennenreflektors erheblich reduziert hat.

Jiang Jinhua, Professor an der School of Textiles der Donghua University: Im Vergleich zum Original könnte es 1/3 oder 1/4 leichter sein, die Kosten könnten noch weiter gesenkt werden und auch das Gewicht könnte deutlich reduziert werden. Daher kann das leichteste Netz heute weniger als 20 Gramm pro Quadratmeter wiegen.

Die reflektierende Oberfläche des Satelliten Land Exploration Nr. 4 01, der im August 2023 gestartet wird, ist aus extrem feinen Monofilamenten aus metallischem Molybdändraht gewebt. Der Entfaltungsbereich seiner großen ringförmigen Antenne entspricht in etwa der Fläche eines Basketballfeldes, was die reflektierende Oberfläche und die Kommunikationsfähigkeit der ausfahrbaren Antenne des hochorbitalen Satelliten erheblich verbessert.

Jiang Jinhua, Professor an der Fakultät für Textilien der Donghua-Universität: „Da Antennen in Zukunft möglicherweise immer größer werden und möglicherweise eine Länge von hundert Metern oder Kilometern erreichen, ist die Einzelfilament-Gitterstruktur erforderlich, um den Anforderungen von Anwendungen für ultragroße Satellitenantennen gerecht zu werden.“ Heutzutage wird die Kommunikation immer häufiger und erfordert einen immer größeren Datendurchsatz. Wenn die Blende zu klein ist, kann sie den Anforderungen einer häufigen Datenübertragung mit hohem Durchsatz nicht gerecht werden. Mittlerweile stellen wir nicht nur Molybdändrähte her, sondern auch andere Rohstoffe und führen auch einige Testanwendungen durch.

Am 17. Januar lieferte das Frachtraumschiff Tianzhou-7 eine Ladung Alltagsgegenstände und experimentelle Ausrüstung zur Raumstation. Es stellte sich heraus, dass die Solarflügel-Grundplatte des Tianzhou-Frachtraumschiffs ebenfalls gewebt ist und ihre Glasfasernetzstruktur wie ein Tennisschläger aussieht.

Die Fiberglasnetzstruktur ist leicht und oxidationsbeständig

Berichten zufolge verfügt das Frachtraumschiff Tianzhou über einen halbstarren Solarflügel. Der Rahmen dieses Solarflügels besteht aus Kohlefaser, in der Mitte befindet sich ein Netz aus Glasfasergewebe, ähnlich einem Tennisschläger, und die Solarzellen sind an dem Glasfasergewebe eingehängt. Diese Glasfasernetzstruktur ist leicht und bietet einen besseren Schutz gegen atomaren Sauerstoff und Plasma in der Weltraumumgebung in niedriger Umlaufbahn.

Chen Nanliang, Professor an der Donghua-Universität und Direktor des Forschungszentrums für industrielle Textiltechnik des Bildungsministeriums: Im Weltraum gibt es große Mengen atomaren Sauerstoffs, der eine sehr starke Oxidationskraft besitzt. Daher werden organische Polymermaterialien im Allgemeinen sehr stark oxidiert. Daher müssen wir ein Material mit sehr hoher antioxidativer Wirkung wählen. Wir haben uns für das anorganische Material Glasfaser entschieden. Glasfaser hat den Vorteil, dass sie oxidationsbeständig und leicht ist. Allerdings ist es sehr schwierig, aus Glasfasern ein Netz zu weben. ,

Chen Nanliang, Professor an der Donghua-Universität und Direktor des Forschungszentrums für industrielle Textiltechnik des Bildungsministeriums: Glasfaser hat auch eine sehr große Schwäche. Die Webeigenschaften sind sehr schlecht, da es sehr spröde ist. Textile Materialien hängen eng mit der Feinheit der Fasern zusammen. Je feiner die Fasern, desto weicher sind sie. Nach dem Verdrehen und Zusammenfügen entsteht ein sehr dicker Rohstoff, der durch Weben hergestellt werden kann.

Chen Nanliang, Professor an der Donghua-Universität und Direktor des Forschungszentrums für industrielle Textiltechnik des Bildungsministeriums: „Es hat noch einen weiteren Vorteil: Es ist leicht und hat ein Netz, und die Solarzellen können daran befestigt werden.“ Mit Harz beschichtete Glasfasern sind widerstandsfähiger gegenüber der Weltraumumgebung. Nachdem die Glasfasern in das Substrat von Solarmodulen eingewebt wurden, werden sie mit Harz beschichtet, um ihre Leistung zu verbessern.

Jiang Jinhua, Professor an der School of Textiles der Donghua University: Der Hauptzweck der Harzbeschichtung besteht darin, die Oberfläche glatter zu machen und sie kann auch Schutz bieten. Da Harze wie Silikon den Bedingungen im Weltraum besser standhalten und ihre Stabilität und Verschleißfestigkeit ebenfalls verbessert werden können, lässt sich die Gesamtleistung erheblich steigern.

Durch die Verwendung neuer Materialien und neuer Webtechniken ist das Wort Textil mehr als nur ein Bekleidungsbegriff geworden. Das gerade erwähnte „Metallgitter für Satellitenantennen“ wurde auf vielen Satelliten verwendet, beispielsweise auf dem Queqiao-Relaissatelliten, dem Beidou-Navigationssatelliten und dem Mobilfunksatelliten. Textilien werden nicht nur zunehmend in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, sondern haben auch großes Potenzial im Großflugzeugbau und sogar in biologischen Anwendungen.

Chen Nanliang, Professor an der Donghua-Universität und Direktor des Forschungszentrums für industrielle Textiltechnik des Bildungsministeriums: „Textilien sind eine Art Material und können ein spezielles Material sein, beispielsweise für die Luft- und Raumfahrt.“ Im Luft- und Raumfahrtbereich beispielsweise müssen ausfahrbare Antennen großformatig sein. Stahl ist ein hartes Material und kann weder in so großen Mengen hergestellt noch transportiert werden. Deshalb brauchen wir etwas Weiches, das zusammengefaltet und bei Gebrauch wieder auseinandergefaltet werden kann. Nur aus Textilien lassen sich so weiche Dinge herstellen.

Kommunikationsbarrierefreies Mobiltelefon mit Satellitenverbindung

Chen Nanliang, Professor an der Donghua-Universität und Direktor des Forschungszentrums für industrielle Textiltechnik des Bildungsministeriums: Die große ausfahrbare Antenne wird hauptsächlich dazu verwendet, die Kommunikation zwischen Hochleistungssatelliten und Bodendaten zu verbessern. Es wird hauptsächlich in einigen Kommunikationssatelliten und Navigationssatelliten verwendet und ist auch in Beidou nützlich. Im Kommunikationsbereich gibt es den Tiantong-Satelliten, der ebenfalls eine reflektierende Antenne verwendet. Satelliten können mit unseren Mobiltelefonen kommunizieren und diese Antenne spielt dabei eine ganz entscheidende Rolle.

Biologische Anwendung Organgefäßpflaster

Chen Nanliang, Professor an der Donghua-Universität und Direktor des Forschungszentrums für industrielle Textiltechnik des Bildungsministeriums: „Es gibt noch viele Anwendungsbereiche für Textilien, die erweitert werden müssen, beispielsweise im biomedizinischen Bereich.“ Die Organe, Blutgefäße und Pflaster des menschlichen Körpers stehen alle in engem Zusammenhang mit der Textiltechnologie und Textilprodukten.

Carbonfasergewebe für Großflugzeuge

Chen Nanliang, Professor an der Donghua-Universität und Direktor des Forschungszentrums für industrielle Textiltechnik des Bildungsministeriums: „Der C919 verwendet bereits Kohlefasergewebe unseres Landes, und der C929 wird noch mehr davon verwenden.“ Auch im Luft- und Raumfahrtbereich gibt es viele starre Materialien und Kohlefasermaterialien sind bereits weit verbreitet. Die Anwendung flexibler Textilmaterialien hat gerade erst begonnen, es handelt sich also um eine Textiltechnologie mit großen Zukunftsaussichten.

(Quelle: CCTV.com, Jimu News)