随着纤维制备技术的发展，芳香族聚酰胺纤维、聚芳酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维等高性能有机纤维的综合性能得到了进一步提升。高性能纤维编织绳索具有轻质、高强高模、耐磨、可设计性强、易加工等优点，在众多领域成功替代金属绳索，倍受空间探测和新型航天器轻量化结构设计研究人员的青睐。

芳纶( Kevlar) 纤维具有高强度、高模量和耐高温等一系列优异性能。芳纶增强复合材料可用于雷达天线罩、火箭整流罩和发动机壳体等，在提高性能的同时有效地降低结构质量^[1]。聚芳酯纤维具有优异的抗蠕变性能和化学稳定性，曾用于勇气号和机遇号火星车的着陆缓冲气囊以及好奇号火星车的着陆制动器绳索，未来有望应用于火星服、充气式着陆减速器和居住舱等火星探测装备^[2]。超高分子量聚乙烯( UHMWPE) 纤维其比强度可达到370 cN/tex，具有非常优异的拉伸强度，常应用于轻便的防弹材料和绳缆。聚酰亚胺( PI) 纤维具有出色的热稳定性、耐辐射和介电绝缘性能，常用于航天器轻质隔热材料、结构材料与辐射防护材料等。

高性能纤维编织绳索主要采用二维编织技术，绳索分为管状编织绳索和带状编织绳索，管状编织绳索又分为中空编织绳索、双层编织绳索和包芯编织绳索。制备工艺决定了编织绳索是多层次的纤维结构集合体，宏观上有中空、双层、包芯和带状结构，细观上是从纤维单丝、纤维束、编织纱到多样的编织结构，为满足特定应用提供了灵活的可设计性。

编织的绳索作为关键部件在航天器中的应用场景主要有3种:空间系绳、桁架式网状可展开天线和热刀压紧释放装置。除此之外，还有空间站机组人员执行任务时，跑步机隔振稳定系统、临时阻力运动装置等的阻力绳索和连接返回舱和降落伞的垂挂吊索等。

空间系绳（图1）是利用几公里甚至几百公里长的绳索，将卫星、空间站、飞船等航天器连接在一起构成的飞行系统^[3]。绳索除需要将铜或铝嵌入系绳作为导电材料的电动力系绳外，大部分系绳由芳纶、超高分子量聚乙烯等高性能纤维材料制成，实现了系绳质量和强度之间的平衡。

图1 空间系绳

桁架式网状可展开天线（图2）的反射面由柔性金属网和编织绳索相互交织形成的索网构成，索网结构在一定程度上解决了天线口径和质量之间的平衡问题，满足星载天线轻量化和大型化的需求^[4]。

图2 网状可展开天线

热刀压紧释放装置( HDRS)（图3） 是实现航天器和附件之间连接，入轨后又按规定要求解除约束的机械装置。热刀压紧释放装置由编织绳索和陶瓷热刀组成。热刀 HDRS 的释放是航天器在轨的一次性动作，要求在规定时间内完成，编织绳索的熔断温度和张力是热刀 HDRS 研制过程中重点关注的问题。目前热刀 HDRS 的绳索材料主要采用 Kevlar纤维^[1]。

图3 热刀压紧释放装置

由于芳纶、聚芳酯等合成纤维材料固有的粘弹性，合成纤维绳索在载荷作用下表现出明显的时间依赖性，如蠕变和应力松弛行为。在长时间服役过程中，编织绳索在真空、高低温交变、辐射、原子氧等空间环境下的蠕变和应力松弛行为，成为其发展和应用的关键因素。

参考文献：

[1]丁许,孙颖,罗敏等.航天器用高性能纤维编织绳索研究进展[J].纺织学报,2021,42(12):180-187.DOI:10.13475/j.fzxb.20200907708.

[2]丁许,孙颖,魏雅斐等.芳纶纤维二维编织绳索的拉伸及应力松弛性能研究[J].产业用纺织品,2020,38(04):17-24.

[3]孟中杰,黄攀峰,鲁迎波等.在轨服务中空间系绳的应用及发展[J].宇航学报,2019,40(10):1134-1145.

[4]邢恩振. 空间可展结构中绳索动力学的研究[D].北京理工大学,2015.