新華社天津5月28日電 題：空間力學(xué)專(zhuān)家：天舟十號(hào)帶上天的這組試驗(yàn)，將解決三大“太空煩惱”

　　5月11日8時(shí)14分，天舟十號(hào)貨運(yùn)飛船載著近6．2噸補(bǔ)給物資，奔向中國(guó)空間站，其中有一套試驗(yàn)裝置，將“掛”在空間站外完成幾項(xiàng)關(guān)鍵試驗(yàn)，任務(wù)是：突破極端環(huán)境下材料抗磨損、防護(hù)與自修復(fù)技術(shù)的瓶頸。

　　這是我們團(tuán)隊(duì)20多年來(lái)在空間力學(xué)領(lǐng)域積累的各項(xiàng)成果，首次來(lái)到真實(shí)太空?qǐng)鼍爸羞M(jìn)行“大考”。馬上就到6月初，團(tuán)隊(duì)年輕人開(kāi)玩笑地說(shuō)感覺(jué)像“夢(mèng)回高考”。其實(shí)當(dāng)老師的我也很緊張，每天都在關(guān)注空間站傳回的最新情況，完善各項(xiàng)方案。

　　這組試驗(yàn)裝置將進(jìn)行為期一年的在軌測(cè)試，其試驗(yàn)結(jié)果可能為航天器提供全新防護(hù)辦法——不再讓航天器“被動(dòng)防御”，而是具備“主動(dòng)再生”的防護(hù)能力。這將為我國(guó)未來(lái)月球、火星及其他深空探測(cè)任務(wù)提供核心技術(shù)支撐。

　　三大科學(xué)目標(biāo)瞄準(zhǔn)解決“太空煩惱”

　　這些關(guān)鍵試驗(yàn)要解決哪些“太空煩惱”？它們能給人類(lèi)帶來(lái)哪些新技術(shù)、新理念？

　　簡(jiǎn)而言之，這個(gè)在軌試驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)3大科學(xué)目標(biāo)：空間塵埃防護(hù)清除驗(yàn)證、空間材料抗磨損試驗(yàn)驗(yàn)證、空間材料自修復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證。也就是讓航天器在太空實(shí)現(xiàn)“除塵”與“自愈”。

　　灰塵和破損，這些事在地球上很容易解決，但在極端、無(wú)人值守的太空環(huán)境中，一顆塵埃、一道劃痕，就可能演變成致命威脅。

　　不知大家是否還記得，2018年那場(chǎng)席卷火星的全球性沙塵暴，讓“機(jī)遇號(hào)”探測(cè)器的太陽(yáng)能電池板蒙上了厚厚一層灰，無(wú)法充電，并永久失聯(lián)。

　　更早時(shí)，阿波羅登月的宇航員發(fā)現(xiàn)，月球塵埃細(xì)如滑石粉卻比玻璃還鋒利，鉆進(jìn)儀器造成溫度異常，飄進(jìn)艙內(nèi)讓宇航員咳嗽不止、眼睛刺痛。至于艙外航天服，在多次任務(wù)后，手套和關(guān)節(jié)處總會(huì)出現(xiàn)明顯的磨損，無(wú)法使用。

　　正因?yàn)檫@些真實(shí)發(fā)生過(guò)的“太空煩惱”，我們團(tuán)隊(duì)提出了這樣3個(gè)解決辦法：

　　試驗(yàn)一：給設(shè)備表面裝上“電學(xué)窗簾”

　　在太空，航天員不可能天天出艙擦灰。那怎么除塵？我們用了一種叫“電簾除塵”的方法。

　　簡(jiǎn)單說(shuō)，就是在太陽(yáng)能電池板玻璃蓋片這樣的表面下，鋪設(shè)一層透明的電極。當(dāng)我們按特定方式施加電場(chǎng)時(shí)，電極上方會(huì)形成一道移動(dòng)的電荷“臺(tái)階”。這個(gè)帶電的“臺(tái)階”就像一把無(wú)形的掃帚，推著塵埃顆粒定向移動(dòng)，最終從表面“跳離”。

　　我們的試驗(yàn)裝置上裝了一套高分辨率相機(jī)，會(huì)實(shí)時(shí)記錄塵埃的運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)圖像分析，算出除塵效率——到底能掃掉多少灰。

　　未來(lái)，一旦驗(yàn)證成功，無(wú)論是月球車(chē)的太陽(yáng)能板，還是火星基地的玻璃穹頂，都可以涂上或貼上這樣的“電簾膜”，需要除塵時(shí)，通上電就行，再也不必航天員親自出艙“大掃除”。

　　試驗(yàn)二：把材料暴露在太空中“磨一磨”

　　第二項(xiàng)任務(wù)，是做真實(shí)的太空磨損測(cè)試。

　　我們把一些航天服面料、艙外設(shè)備材料樣品，直接暴露在空間站外的極端環(huán)境中。那里有劇烈的溫度交變、強(qiáng)紫外線和原子氧侵蝕。經(jīng)過(guò)一年的“風(fēng)吹日曬”和“細(xì)細(xì)研磨”，這些樣品將由航天員取回艙內(nèi)，隨神舟飛船帶回地面。

　　隨后，我們會(huì)進(jìn)一步做力學(xué)拉伸、光學(xué)反射等測(cè)試，并比對(duì)地面樣品，精確回答：哪種材料更耐磨？在太空能“活”多久？

　　這正是為未來(lái)的月球基地、火星行走“選材”。航天服可能得連續(xù)工作數(shù)小時(shí)乃至幾十個(gè)小時(shí)，材料壽命直接關(guān)系到航天員的安全。

　　試驗(yàn)三：刺破材料，然后看著它“愈合”

　　讓材料自己修復(fù)破損，聽(tīng)起來(lái)像科幻，但我們?cè)谠囼?yàn)裝置里真這么做了。

　　試驗(yàn)裝置內(nèi)有一個(gè)直線電機(jī)，可以在指令下用極細(xì)的探針刺穿試驗(yàn)件。刺破后，材料的破損區(qū)域在空間紫外輻射等環(huán)境因素刺激下，內(nèi)部預(yù)埋的修復(fù)劑會(huì)迅速涌向破口，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，把劃痕“填平愈合”。在軌試驗(yàn)，成像系統(tǒng)會(huì)持續(xù)觀察修復(fù)過(guò)程，記錄修復(fù)速度和強(qiáng)度恢復(fù)程度。

　　這項(xiàng)技術(shù)一旦成熟，未來(lái)的航天服、密封艙壁甚至柔性太陽(yáng)能翼，都可能在出現(xiàn)微小損傷后“自愈無(wú)聲”，極大提升航天器的可靠性與使用壽命。

　　從“被動(dòng)抵御”到“主動(dòng)再生”，是我們想推動(dòng)的一場(chǎng)防護(hù)理念變革。

　　過(guò)去，航天器防護(hù)靠的是“堆厚度”“換硬材料”，遇上灰塵和微小破損常無(wú)計(jì)可施。而現(xiàn)在，我們讓材料表面“活”起來(lái)，能主動(dòng)清除污物、抗磨損，還能自我愈合。

　　這三項(xiàng)試驗(yàn)獲取的在軌數(shù)據(jù)，將直接服務(wù)于我國(guó)未來(lái)的月球科研站、火星采樣返回乃至更遠(yuǎn)的小行星探測(cè)——讓太陽(yáng)能電池陣常年高效發(fā)電，讓航天服自行修復(fù)微小劃傷，讓艙外設(shè)備壽命有望從幾年延長(zhǎng)到十幾年。

　　更關(guān)鍵的是，這種“主動(dòng)再生”的防護(hù)思想，未來(lái)在精密儀器、柔性電子、深海裝備等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用潛力。

　　前期，項(xiàng)目研制團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為嫦娥三號(hào)、嫦娥五號(hào)、天問(wèn)一號(hào)等重大工程，完成過(guò)相關(guān)配套研制和研究任務(wù)。未來(lái)一年，或許大家會(huì)看到這樣一段來(lái)自中國(guó)空間站的畫(huà)面：陽(yáng)光下，一片布滿電極的試驗(yàn)板上，模擬塵埃正整齊地滑向邊緣；同時(shí)，一個(gè)小小的刺破點(diǎn)在太空輻射下，正靜靜地“長(zhǎng)平”傷口。

　　這些微小的變化，正是人類(lèi)安全走向深空的重要一步。我們仰望星空，更要讓腳下的每一步都走得踏實(shí)、走得聰明。（作者系天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授崔玉紅）