衣食住交通の「ブラックテクノロジー」を超えて、繊維は天地にも行ける！

2月22日、長征8号「堯3号」ロケットが中国の文昌宇宙発射センターに到着し、月探査プロジェクトの第4期である鵲橋2号中継衛星打ち上げミッションの遂行に使用される予定である。現在、ロケットは発射場でさまざまな組み立てや試験作業を行っています。これに先立ち、今年1月と2月初めには、嫦娥6号ミッション探査機と鵲橋2号衛星が事前に発射場に到着し、打ち上げ前のさまざまなテスト準備を行っていた。計画によれば、我が国は今年上半期に鵲橋2号と嫦娥6号を打ち上げる予定だ。嫦娥6号は月の裏側に探査機を打ち上げ、月の土壌を採取し、研究のために地球に持ち帰る予定だ。それで、Queqiao-2の機能は何でしょうか?月の裏側と地球の間で直接通信することはできないため、まずは中継衛星「鵲橋2号」を打ち上げる必要がある。将来、月の裏側まで行ってサンプル採取を行う嫦娥6号探査機と地上局間の信号通信用の「マグパイブリッジ」を構築できる。

鵲橋2号の登場より5年以上前、鵲橋中継衛星は嫦娥4号の月面着陸と探査ミッションに通信中継サービスを提供していた。鵲橋の最も注目すべき特徴は、衛星搭載型大型展開アンテナと呼ばれる「金色の傘」を備えていることである。この「黄金の傘」を通じて、地球と月の裏側との通信が実現します。上海東華大学の研究室には、鵲橋中継衛星の傘型アンテナの縮小版がある。この大きな金色の傘は、実は金属を編んで作られています。

記者は東華大学繊維学院の研究室で、傘の骨に薄い黄色の金属メッシュが付いたこの「大きな傘」を見た。専門家によると、金属メッシュは衛星搭載の展開アンテナが電磁波を反射するための重要な部品だという。これは軌道への打ち上げ時に展開することができ、反射面を展開する能力の鍵は経編み技術にあります。

東華大学教授、教育部工業繊維工学研究センター所長の陳南良氏：ロケットが打ち上げられると、ロケットの中に引き込まれます。軌道に到達した後、展開機構を使用して衛星の反射面をゆっくりとメッシュアンテナに展開するため、展開型アンテナと呼ばれます。柔軟性があり、広げることができるため、このような布地表面を形成するには織物の織りの技術を使用する必要があります。衛星搭載展開アンテナの金属メッシュは金属モリブデン線で作られています。性能を向上させるために、専門家は極細モリブデン線にさらなるコーティング処理と加工を施しました。

東華大学教授、教育部工業繊維工学研究センター所長の陳南良氏：私たちが使用している原材料は金メッキモリブデン線と呼ばれ、モリブデン線の表面に金メッキを施したもので、金の反射率が非常に優れているためです。

記者：広げてみると、金属線がとても細いですね。織りを均一にするには特別な技術が必要ですか?

東華大学教授、教育部工業繊維工学研究センター所長の陳南良氏：これらは私たちの主要技術の一部です。まず、モリブデン線は非常に細く、約 15 ～ 30 ミクロン、髪の毛の直径の 4 分の 1 以下です。そのため、描くこと自体が非常に難しく、表面も金メッキになっています。金メッキ後の一定の堅牢性を維持するために、有機元素を添加します。これにより、一方では金属原料の靭性が向上し、他方ではその表面の親和性が向上します。そのため、いくつかのプロセス改善により、金メッキモリブデン線は織り工程中に非常に強くなりました。

東華大学教授、教育部工業繊維工学研究センター所長の陳南良氏：織物の工程は比較的繊細で複雑です。まず、スレッドの並列化を行う必要があります。非常に薄いため、3 本の金属線をねじり合わせるワイヤーねじり技術を発明し、構造が非常に安定しています。

専門家は記者に対し、金属モリブデン線は非常に柔らかく、1本のモリブデン線では細すぎて強度が足りないため、通常は3本または4本のモリブデン線を組み合わせて金属メッシュを編むと語った。しかし、現在では衛星の大型化が進み、アンテナの反射面もますます大きくなり、地球と空との通信に役立っています。しかし、面積が広くなればなるほど、重量も重くなります。アンテナを大きく軽くするにはどうすればよいでしょうか?研究チームは製織技術を革新し、一本のモリブデン線を使ってより大きく軽い金属メッシュを編むことができるようになった。最大のものはバスケットボールコートほどの大きさです。 2017年以来、東華大学の工業用繊維柔軟構造材料イノベーションチームは、金属モリブデン線モノフィラメント経編技術に取り組み始めました。 5年間の努力を経て、当社は革新的な「マイクロテンション」経編技術と設備を開発し、新型アンテナ反射鏡の重量を大幅に軽減しました。

東華大学繊維学院教授 江金華氏：オリジナルに比べると、1/3か1/4の軽量化が可能で、コストもさらに下がり、重量も大幅に軽減できる可能性があります。したがって、現在最も軽いネットの重量は 1 平方メートルあたり 20 グラム未満になる可能性があります。

2023年8月に打ち上げられた陸域探査4号01号衛星の反射面は、極めて細い金属モリブデン線モノフィラメントで編まれている。大型リング状アンテナの展開面積はバスケットボールコートの面積に近く、高軌道衛星の展開アンテナの反射面積と通信能力が大幅に向上します。

東華大学繊維学院教授 江金華氏：将来、アンテナはますます大型化し、おそらく数百メートルやキロメートルのレベルに達する可能性があるため、超大型衛星アンテナの用途のニーズを満たすには、単フィラメント グリッド構造が必要です。最近では、通信がますます頻繁になり、ますます大きなデータスループットが求められています。開口部が小さすぎると、頻繁な高スループットのデータ伝送のニーズを満たすことができなくなります。現在、当社はモリブデン線の製造だけでなく、他の原材料の製造も行っており、いくつかの試験的な応用も行っています。

1月17日、天舟7号貨物宇宙船は一連の生活必需品と実験装置を宇宙ステーションに届けた。天舟貨物宇宙船の太陽電池翼ベースプレートも編み込まれており、そのグラスファイバーメッシュ構造はテニスラケットのように見えることが判明しました。

グラスファイバーメッシュ構造は軽量で酸化に強い

天舟貨物宇宙船は半硬質の太陽翼を使用していると報告されている。このソーラーウィングのフレームはカーボンファイバーで作られており、真ん中はテニスラケットに似たグラスファイバーメッシュの網目になっており、そのグラスファイバーメッシュに太陽電池が引っ掛けられています。このガラス繊維メッシュ構造は軽量で、低軌道宇宙環境における原子酸素やプラズマに対する保護が強化されています。

東華大学教授、教育部工業繊維工学研究センター所長の陳南良氏：宇宙には大量の原子状酸素が存在し、非常に強い酸化力を持っています。そのため、有機高分子材料は一般に非常に強く酸化されます。そのため、抗酸化能力が非常に高い素材を選ぶ必要があります。無機素材のガラス繊維を選択しました。ガラス繊維は、酸化防止性と軽量性という利点があります。しかし、ガラス繊維で網を編むのは非常に困難です。 、

東華大学教授、教育部工業繊維工学研究センター所長の陳南良氏：ガラス繊維にも非常に大きな弱点があります。非常に脆いため、織りの性能が非常に悪いです。繊維素材は繊維の細さに深く関係しています。繊維が細ければ細いほど、柔らかくなります。撚り合わせて組み合わせると非常に厚い原料となり、織りによって実現できます。

東華大学教授、教育部工業繊維工学研究センター所長の陳南良氏：「この製品にはもう一つの利点があります。軽くてメッシュ状で、太陽電池を引っ掛けることができるのです。」樹脂でコーティングされたガラス繊維は宇宙環境に対する耐性が高くなります。ガラス繊維は太陽光パネルの基板に織り込まれた後、樹脂でコーティングされ、性能が向上します。

東華大学繊維学院教授 江金華氏：樹脂コーティングの主な目的は表面を滑らかにすることであり、保護効果もあります。シリコンなどの樹脂は宇宙環境への耐性が高く、安定性や耐摩耗性も向上するため、全体的な性能が大幅に向上します。

新しい素材や織り方の技術の使用により、テキスタイルという言葉は単なる衣服の概念以上の意味を持つようになりました。今述べた「衛星アンテナ金属メッシュ」は、鵲橋中継衛星、北斗航法衛星、移動通信衛星など多くの衛星に使用されています。繊維は航空宇宙分野でますます使用されるようになっているだけでなく、大型航空機の製造や生物学的用途においても大きな可能性を秘めています。

東華大学教授、教育部工業繊維工学研究センター所長の陳南良氏：繊維は一種の材料であり、航空宇宙などの特殊な材料である可能性もあります。例えば、航空宇宙分野では、展開可能なアンテナは大規模なものが必要となります。鋼鉄は硬い素材なので、それほど大きく作ることも輸送することもできません。そのため、使用時に折りたたんで広げられる柔らかいものが必要です。こんな柔らかいものを作ることができるのは織物だけ。

衛星通信バリアフリー携帯電話

東華大学教授、教育部工業繊維工学研究センター所長の陳南良氏：大型展開アンテナは主に高性能衛星と地上データ間の通信を強化するために使用されます。主に一部の通信衛星や航法衛星に使用されており、北斗でも役立っています。通信分野では、反射アンテナを使用する天通衛星がある。衛星は携帯電話と通信することができ、このアンテナは非常に重要な役割を果たします。

生物学的応用臓器血管パッチ

東華大学教授、教育部工業繊維工学研究センター所長の陳南良氏：繊維には、バイオメディカル分野など、まだ拡大すべき応用分野が数多くあります。人体の臓器、血管、組織はすべて繊維技術や繊維製品と密接に関係しています。

大型航空機用炭素繊維織物

東華大学教授、教育部工業繊維工学研究センター所長の陳南良氏：C919はすでに我が国の炭素繊維織物を使用しており、C929ではさらに多くの炭素繊維織物を使用する予定です。航空宇宙分野でも硬質材料は多く存在し、炭素繊維材料はすでに非常に一般的です。柔軟な繊維素材の応用はまだ始まったばかりであり、大きな可能性を秘めた繊維技術についてお話します。

（出典：CCTV.com、Jimu News）