揭秘卫星的“感官”

倪鑫

上图所示即为鹊桥中继卫星，可以非常直观地观察到它的天线网呈现出整体闪亮的金黄色，这是因为它是由表面经过镀金过后的钼丝经过纺织经编技术编织而成的。

可能大家会奇怪为什么它需要这种材料来制作。我们可以从它的制作方法和作用上得到答案。主要是因为这种材料用在太空中既轻便又性能稳定，强度比较好。它的制作过程需要进行编织这个关键步骤，要想“编”出来的金属网既强韧，受得住发射飞行外力“折腾”，又柔软可编，能在太空中收放自如，达到“刚柔并济”，这种材料的各种性能都很好地满足了上述需求。

“健康”的材料非常重要。我们人的健康有着各种各样的标准，如体重、血压、精力等。只有当我们的这些指标达到了健康的标准数值后，才能称得上健康。同样，这种材料的“健康标准”则是空间网状天线的结构、力学性能、微波电性能、可折叠性与抗皱性等诸多标准。这些性能指标在合格标准数值内才称得上“健康”。

当然了，仅仅是有了健康的材料还不够，就好比一栋好房子仅仅有砖瓦也不行，还需要堆砌、装修等。所以，这些材料变身为完整的天线网还需要很多步骤。编织就是其一。

看到这儿，大家想必一定会很疑惑，编织不是要用柔软的丝线吗，难道金属也能用于编织吗？答案是肯定的，不过也得是“健康”的金属材料才行。镀金钼丝材料就非常适合作为在编织过程中的线，因为它是一种轻质、柔软的材料，且能编织成强度高、结构稳定、波长适应性强、反射率高、展开可靠性强的经编金属网。

不像普通的纺织那样经纬线十字交叉（衬衫织物的结构），经编是像织毛衣一样，将纱线弯曲成圈并相互穿套形成织物。在生产网眼织物时，与其他的生产技术相比，经编技术更胜一筹：生产的网眼结构延伸性更好，也更稳定、牢固，更适合于反射面的折叠展开，帮助卫星在恶劣的太空环境下“生存”。

另一方面，有了“线”，也必须还得有“针”才行。对于“针”，它由实验室的专业仪器与技术人员组成，共同负责将上述的“线”编织成金属天线网。

天线网的形状

有了“线”，同时有了“针”，那我们应该要用它编织成一个怎样的形状呢？这个非常关键。不同形状的天线具有的性能会有差别。经过理论分析与实验探测后我们得出结论;当形状为网状曲面时比较合适。

首先我们可以利用金属丝网布的柔软特性，用多个小的逼近面（如三角形平面、四边形平面、三维曲面）拼合来逼近理论反射网面（如抛物面）。通过设置这些小的逼近单元面或调整点的方式与数量多少，来达到所要求的整体反射面精度。其他形状则无法通过此方法来达到这个目的。此外，再利用材料优良的弹性与网面结构的特性结合，通过某种展开结构对其背面支撑与调整结构所施加的预紧力，來实现整个天线反射体网面精度的重复性与长期稳定性。

经过编织后，完整的金闪闪的网面就产生了。但是，刚生产出来的网是否能在它的“生存环境”下正常工作呢。我们肯定是无法凭观察或猜测来判断的。实际上，为了确保金属反射网在其网面与支撑结构保持一定的张力下，恢复曲面的调整精度，并在真空环境与“-200～200℃”的温度环境条件下，在寿命期间内保持曲面精度与电波反射性能的稳定性，各种结构形式的空间可展开网状天线在研制过程中，一般要求在地面环境下进行多次的网面综合调整，以实现天线网面所要求的高精度。然后，再在地面模拟空间失重条件下进行多次的收拢与展开实验，不断地研究与改进，提高网面的铺设精度和重复展开后的恢复精度，最后研制好的网状天线才通过展开机构收拢成尽可能小的形状尺寸，并放入火箭载荷舱的有限空间发射升空。

这就要求该网面材料在地面的铺设调整过程和长期的空间使用环境下，必须具有与此要求相适应的机械性能、电波反射性能、透光性能和耐腐蚀性等。就像工厂最后都会对自己生产的产品进行质检一样，最后对天线网的测试也非常非常重要。试想，若将不合格的天线网搭载在卫星上，那么它不仅仅失去了信号接收功能。更严重的是，它的工作环境是在外太空，这不就相当于将一个垃圾送上太空吗？而且还可能导致需要它的其他卫星同样漂流在太空中作废，之前的投入都将付诸东流。

只有合格的金属网在火箭的帮助下飞向太空了，才能在属于它的轨道上发挥着自身的作用——卫星与地面的信使。