揭秘衛星的“感官”

倪鑫

上圖所示即為鵲橋中繼衛星，可以非常直觀地觀察到它的天線網呈現出整體閃亮的金黃色，這是因為它是由表面經過鍍金過后的鉬絲經過紡織經編技術編織而成的。

可能大家會奇怪為什么它需要這種材料來制作。我們可以從它的制作方法和作用上得到答案。主要是因為這種材料用在太空中既輕便又性能穩定，強度比較好。它的制作過程需要進行編織這個關鍵步驟，要想“編”出來的金屬網既強韌，受得住發射飛行外力“折騰”，又柔軟可編，能在太空中收放自如，達到“剛柔并濟”，這種材料的各種性能都很好地滿足了上述需求。

“健康”的材料非常重要。我們人的健康有著各種各樣的標準，如體重、血壓、精力等。只有當我們的這些指標達到了健康的標準數值后，才能稱得上健康。同樣，這種材料的“健康標準”則是空間網狀天線的結構、力學性能、微波電性能、可折疊性與抗皺性等諸多標準。這些性能指標在合格標準數值內才稱得上“健康”。

當然了，僅僅是有了健康的材料還不夠，就好比一棟好房子僅僅有磚瓦也不行，還需要堆砌、裝修等。所以，這些材料變身為完整的天線網還需要很多步驟。編織就是其一。

看到這兒，大家想必一定會很疑惑，編織不是要用柔軟的絲線嗎，難道金屬也能用于編織嗎？答案是肯定的，不過也得是“健康”的金屬材料才行。鍍金鉬絲材料就非常適合作為在編織過程中的線，因為它是一種輕質、柔軟的材料，且能編織成強度高、結構穩定、波長適應性強、反射率高、展開可靠性強的經編金屬網。

不像普通的紡織那樣經緯線十字交叉（襯衫織物的結構），經編是像織毛衣一樣，將紗線彎曲成圈并相互穿套形成織物。在生產網眼織物時，與其他的生產技術相比，經編技術更勝一籌：生產的網眼結構延伸性更好，也更穩定、牢固，更適合于反射面的折疊展開，幫助衛星在惡劣的太空環境下“生存”。

另一方面，有了“線”，也必須還得有“針”才行。對于“針”，它由實驗室的專業儀器與技術人員組成，共同負責將上述的“線”編織成金屬天線網。

天線網的形狀

有了“線”，同時有了“針”，那我們應該要用它編織成一個怎樣的形狀呢？這個非常關鍵。不同形狀的天線具有的性能會有差別。經過理論分析與實驗探測后我們得出結論;當形狀為網狀曲面時比較合適。

首先我們可以利用金屬絲網布的柔軟特性，用多個小的逼近面（如三角形平面、四邊形平面、三維曲面）拼合來逼近理論反射網面（如拋物面）。通過設置這些小的逼近單元面或調整點的方式與數量多少，來達到所要求的整體反射面精度。其他形狀則無法通過此方法來達到這個目的。此外，再利用材料優良的彈性與網面結構的特性結合，通過某種展開結構對其背面支撐與調整結構所施加的預緊力，來實現整個天線反射體網面精度的重復性與長期穩定性。

經過編織后，完整的金閃閃的網面就產生了。但是，剛生產出來的網是否能在它的“生存環境”下正常工作呢。我們肯定是無法憑觀察或猜測來判斷的。實際上，為了確保金屬反射網在其網面與支撐結構保持一定的張力下，恢復曲面的調整精度，并在真空環境與“-200～200℃”的溫度環境條件下，在壽命期間內保持曲面精度與電波反射性能的穩定性，各種結構形式的空間可展開網狀天線在研制過程中，一般要求在地面環境下進行多次的網面綜合調整，以實現天線網面所要求的高精度。然后，再在地面模擬空間失重條件下進行多次的收攏與展開實驗，不斷地研究與改進，提高網面的鋪設精度和重復展開后的恢復精度，最后研制好的網狀天線才通過展開機構收攏成盡可能小的形狀尺寸，并放入火箭載荷艙的有限空間發射升空。

這就要求該網面材料在地面的鋪設調整過程和長期的空間使用環境下，必須具有與此要求相適應的機械性能、電波反射性能、透光性能和耐腐蝕性等。就像工廠最后都會對自己生產的產品進行質檢一樣，最后對天線網的測試也非常非常重要。試想，若將不合格的天線網搭載在衛星上，那么它不僅僅失去了信號接收功能。更嚴重的是，它的工作環境是在外太空，這不就相當于將一個垃圾送上太空嗎？而且還可能導致需要它的其他衛星同樣漂流在太空中作廢，之前的投入都將付諸東流。

只有合格的金屬網在火箭的幫助下飛向太空了，才能在屬于它的軌道上發揮著自身的作用——衛星與地面的信使。