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沪上高校贡献登月“材料包”

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新年伊始,嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面,通过“?#30331;擰?#20013;继星传回世界首张近距离影像图,实现了人类探测器首次月背软着陆和首次月背与地球的中继通信。嫦娥四号着陆器与巡视器分离后,玉兔二号巡视器驶抵月球表面。在此次人类探测器首次月背软着陆以及月背与地球首次中继通信的任务背后,有沪上高校材料技术与工程的应用支撑。

复合材料制行走棘爪

“玉兔二号”月球车在月面上巡视,面临恶劣空间环境和复杂地形地貌。比如,昼夜超过300℃的温差可致构件产生热应力、热变形;又如,月球车在行走时要承受各种碰撞、挤压、摩擦、磨损等。直?#29992;?#23545;人类从未探知的月球背面,“玉兔二号”主要与月表接触的行走机构——棘爪,成为开展月球移动探测的关键,也是难题之一。

在上海交通大学材料科学与工程学院复合材料研究所、金属基复合材料国家重点实验室,张荻、欧阳求保教授团队研制出由SiC颗粒增强铝基复合材料制成的行走棘爪,成功应用于“玉兔二号”月球车,堪称“超级风火轮”。SiC颗粒增强铝基复合材料具有重量轻、高刚度、高耐磨、?#32479;?#20987;、尺寸稳定等特点,能承受月球表面各种?#37327;?#30340;服役工况条件,为“玉兔二号”漫步月背保驾护航。

此外,团队还建立起国内首个?#25945;?#29992;铝基复合材料技术标准,研?#39057;?#36825;种高性能复合材料还用于“嫦娥四号”4个关键载荷,包括激光测距仪、三维?#19978;?#20202;、红外光谱仪等星载光学仪器中的镜筒、光学底板、框架等12种关键构件。如星载光学仪器必须具有很高的分辨率和稳定的光学性能,传统材料难?#26376;?#36275;要求,新型复合材料实现载荷结构轻量化、不变形、尺寸稳定的需求。

纺织高科技“编织”通信伞

不论“嫦娥四号”还是“玉兔二号?#20445;?#38500;了强筋健骨,?#25346;?#32819;聪目明。众所周知,月球自转和公转周期相同,造成它从来?#38469;?#27491;面对着地球,从地球无法直接观望到它的背面。无线电通信在太空里也是“直来?#27604;ァ保也?#21040;反射物就打不了弯。因此在月背着陆的“嫦娥四号?#20445;?#21482;能通过?#39057;?#26376;球远端的中继卫星“?#30331;擰?#21644;地球保持联络。其实,早在2018年5月,“?#30331;擰?#21495;就已先期发射到预定位置,在地面和月球背面架起一座通信桥梁。

记者了解到,“?#30331;擰?#19978;最重要的伞状通信天线,使用了东华大学科研团队参与研?#39057;?#26143;载天线金属网。这?#36873;?#20254;”正是利用东华最擅长的纺织高科技“编织?#32972;?#26469;的。团队负责人、东华纺织学院教授陈南?#33322;?#32461;,这种可展开天线在形式上如小伞,卫星发射时它的展开结构是收起来的,?#20219;?#26143;进入轨道后再打开。团队骨干蒋金华表示,天线网所用材料表面镀金,里面是钼丝,既轻便又稳定,强度也高。在好材料的基础上,采用纺织经编技术,“编?#32972;?#26469;的金属网既强又韧,受得住发射飞行外力“折腾?#20445;?#25910;放自如。

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