Sluoksniuotų bazalto itin plonų siūlų ir jų audinių panaudojimas Mėnulio tyrinėjimuose

2025-11-03

Mokslinis straipsnis pavadinimu „Hierarchinis bazalto metasiūlas ergonomiškiems apsauginiams erdvės tekstilės gaminiams“ buvo paskelbtas žurnale „Matter“. Jį atliko profesoriaus Xia Zhigang ir akademiko Xu Weilin komanda iš Nacionalinės pagrindinių naujų tekstilės medžiagų ir pažangaus apdorojimo laboratorijos Uhano tekstilės universitete, bendradarbiaudama su profesoriumi Tao Guangmingu. Ši naujų tekstilės medžiagų ir pažangaus apdorojimo tyrimų grupė pirmoji pasiūlė verpimo su šerdimi technologiją „bendraašį spiralinį apvyniojimo verpimą“, kuri sprendžia neardomojo, mažo sukimo momento, aukštos kokybės ir didelio masto verpimo, audimo ir bazalto pluošto taikymo ultrasmulkiu mastu iššūkius. Tai atveria naują kelią didelio masto, odai draugiškam ir lanksčiam didelio standumo ir trapumo neorganinių pluoštų medžiagų apdorojimui tekstilėje, leidžiant masinei gamybai patenkinti skubų poreikį gauti aukštos kokybės apsauginių medžiagų, kurios atlaikytų sudėtingas ir ekstremalias aplinkas. Aviacija ir kosmosas srityje. Pirmasis straipsnio autorius yra profesorius Xia Zhigang, o kiti autoriai – akademikas Xu Weilin ir profesorius Tao Guangming. Straipsnis buvo pasirinktas kaip žurnalo viršelio straipsnis.

Hierarchijos taikymas bazalto itin ploni siūlai ir jo audinių naudojimas Mėnulio tyrinėjimuose yra kritinis scenarijus būsimai žmonių migracijai į kosmosą. Šie hierarchiniai itin ploni bazalto siūlai pasižymi lankstumu, dideliu stiprumu ir puikiu stabilumu, iš jų galima įausti minkštus audinius, kurie veiksmingai atsparūs stipriai saulės spinduliuotei ir dideliems temperatūros svyravimams kosmose. Šis tyrimas yra naujo metodo, kaip trapų neorganinį bazalto pluoštą paversti praktiškais, ergonomiškai apsaugotais kosminiais tekstilės gaminiais, pradininkas.

Pastaraisiais metais, sparčiai vystantis pasauliniams giliųjų kosmoso tyrimams ir komercinei aviacijai, pramonės paklausa Lengvas, itin aplinkos poveikiui atsparių medžiagų paklausa smarkiai išaugo.Bazalto pluoštas, gaunamas iš vulkaninės uolienos, pasižymi tokiais akivaizdžiais privalumais kaip maža kaina, atsparumas aukštai temperatūrai, gera šilumos izoliacija, atsparumas spinduliuotei, atsparumas korozijai ir nedegumas be dūmų, todėl pritraukia konkurencingą pritaikymą įvairiose srityse, įskaitant geležinkelių transportą, specialią apsaugą ir civilinę inžineriją. Tačiau dėl būdingo didelio standumo ir didelio modulio jis yra labai jautrus trapiems lūžiams itin smulkiu mastu; tradicinis verpimas dideliu sukimo momentu taip pat pažeidžia pluoštą ir staigiai sumažina stiprumą, todėl gaunami „neardomieji, mažo sukimo momento, visiškai padengti, odai draugiški ir lankstūs“ aukštos kokybės siūlai, kurie tampa ilgalaike „kliūtimi“, ribojančia bazalto pluošto patekimą į tekstilės taikymo sistemą.

Technologijų plėtros laiko juosta

Siekdama išspręsti šią techninę kliūtį ir patenkinti ekstremalių apsaugos reikalavimų poreikius, viena vietinė įmonė bendradarbiavo su profesoriaus Xia Zhigang komanda Uhano tekstilės universitete. Jie ėmėsi viso pramonės proceso – nuo verpimo, siūlų gamybos, audimo iki dažymo:

2019 m.: Pirmasis pasiūlytas neardomasis vyniojimo verpimas.
2020 m.: sėkmingai sukurtas pirmasis odai draugiškas Bazalto pluošto termoapsauginis audinys.
2021 m.: Sukurta tiksliai valdoma itin plono bazalto pluošto, naudojamo drabužių audiniuose, tempimo technologija.
2022 m.: laboratorija sėkmingai suprojektavo ir susukė aukštos kokybės, mažo sukimo momento, neardomuosius, visiškai uždengtus, didelio proporcijų bazalto pluošto ploni siūlai.
2023 m.: Stabilus viso pramoninio procesų ir įrangos, tinkamos neardomajam, visapusiškam bazalto pluošto verpimui, veikimas.
Nuo 2023 m. iki dabar: Nuolatinis procesų ir įrangos optimizavimas ir tobulinimas, gamybos užsakymų priėmimas ir aukštos kokybės bazalto pluošto apsauginių audinių, skirtų ekstremalioms apsaugos situacijoms, kūrimas.
2024 m.: „Chang'e-6“ misijos metu tolimojoje Mėnulio pusėje sėkmingai išskleista Uhano tekstilės universiteto sukurta Kinijos nacionalinė vėliava iš bazalto pluošto, dar labiau atkreipdama dėmesį ir didindama bazalto apsauginių audinių naudojimą.
2025 m.: Kinijos „Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd.“ „Aero-Engine Corporation“ ir Uhano tekstilės universiteto akademiko Xu Weilino verpimo komanda kartu įkūrė „Bazalto pluošto eros“ inovacijų komandą. Komanda yra atsidavusi išsamiems bazalto pluošto taikymo visoje grandinėje – nuo žaliavų iki tekstilės gaminių – plėtrai aviacijos ir kosmoso pramonėje, siekiant spręsti tarptautinio kosmoso mokslo problemas ir patenkinti svarbiausius nacionalinius strateginius poreikius.

Inovacijos ir našumas

Vadovaujama profesorių Xu Weilino, Xia Zhigango ir Tao Guangmingo, kartu su tokiais magistrantais kaip Shang Lulu, Xu Ao ir Zhang Shiliang, komanda nuolat kūrė naujoves ir tobulino esamas technologijas. Jie buvo „bendraašio spiralinio apvyniojimo verpimo“ technologijos pradininkai, įveikdami pagrindines technines ir įrangos naujoves, tokias kaip neardomasis, mažo sukimo momento siūlų formavimas ir daugiapakopis stabilus padengimas.

Jie pasiekė pramoninio masto, nepertraukiamą daugiapakopių, organinių-neorganinių kompozitinių, odai draugiškų, lanksčių bazaltinių metastruktūrinių siūlų („Metayarn“) gamybą.

Pagaminto „Metayarn“ siūlų stiprumas padidėjo 27,76 %, palyginti su originaliu bazalto siūlu.
Siūlų liekamasis sukimo momentas buvo gerokai sumažintas, palyginti su kitais komerciniais siūlais, todėl juos galima tiesiogiai megzti arba austi į odai draugiškus, lanksčius „Metayarn“ gaminius.

Susidūrę su sudėtingomis ir ekstremaliomis aviacijos ir kosmoso sąlygomis, „Metayarn“ gaminiai pasižymi išskirtiniu prisitaikymu prie aplinkos ir konstrukciniu stabilumu:

Lankstaus gaminio stiprumas nesumažėjo, o padidėjo, po nuolatinio praplovimo skystu azotu 200 °C temperatūroje, karštu oru 300 °C temperatūroje ir ilgalaikio stiprios saulės spinduliuotės poveikio.
Jis išlaikė konstrukcijos vientisumą po to, kai buvo apdegintas 1300 °C liepsna.
Megztų „Metayarn“ gaminių pailgėjimas plyšimo metu yra iki $421\%$ .
Jie išlaiko puikų atsparumą liepsnai ir ugniai net esant žemesnei nei 30 laipsnių temperatūrai $30\%$ , pasiekiant integruotą „komforto ir apsaugos“ funkciją.