空间力学新突破：天舟十号在轨试验破解三大太空难题

5月11日8时14分，天舟十号货运飞船搭载近6.2吨物资启程前往中国空间站，其中携带的一套试验装置将被部署于舱外，执行多项关键测试，旨在攻克极端环境下材料抗磨损、防护及自修复技术的瓶颈。

这是我们团队二十余年来在空间力学领域积累的成果，首次置身于真实太空环境接受“实战检验”。临近6月初，团队成员戏称仿佛“重回高考”。作为导师，我也倍感紧张，每日紧盯空间站回传数据，不断优化各项预案。

该组试验装置将开展为期一年的在轨考核，其成果有望为航天器提供全新防护策略——变“被动防守”为“主动再生”。这将为我国未来的月球、火星及其他深空探测任务奠定核心技术支持。

三大科学目标直击“太空痛点”

这些关键试验旨在解决哪些“太空痛点”？又将为人类带来何种新技术与新理念？

简言之，此次在轨试验聚焦三大科学目标：空间尘埃防护清除验证、空间材料抗磨损试验验证、空间材料自修复试验验证。简而言之，即让航天器在太空中实现“自动除尘”与“自我修复”。

灰尘与破损在地球上易处理，但在极端且无人值守的太空，一颗微尘或一道划痕，都可能引发致命危机。

大家或许仍记得2018年那场席卷火星的超级沙尘暴，导致“机遇号”探测器太阳能板覆满灰尘，无法充电并最终永久失联。

更早之前，阿波罗登月宇航员发现，月球尘埃虽细如滑石粉却锐利胜玻璃，不仅侵入仪器导致温度异常，飘入舱内还引发宇航员咳嗽不止、双眼刺痛。至于舱外航天服，多次任务后手套与关节处磨损严重，难以继续使用。

正是基于这些真实发生的“太空痛点”，我们团队提出了三项应对方案：

试验一：为设备表面安装“电学窗帘”

在太空中，航天员无法频繁出舱清扫。那该如何除尘？我们采用了一种名为“电帘除尘”的技术。

原理简单，即在太阳能电池板玻璃盖片等表面下方铺设透明电极层。当按特定模式施加电场时，电极上方会形成一道移动的电荷“台阶”。这个带电“台阶”宛如一把无形扫帚，推动尘埃颗粒定向移动，最终使其从表面“弹离”。

我们的试验装置配备了一套高分辨率相机，实时记录尘埃运动轨迹，并通过图像分析计算除尘效率——究竟能清除多少灰尘。

未来，一旦验证成功，无论是月球车的太阳能板，还是火星基地的玻璃穹顶，均可涂覆或贴合此类“电帘膜”，需除尘时只需通电，无需航天员亲自出舱“大扫除”。

试验二：将材料置于太空中“磨砺”

第二项任务，是进行真实的太空磨损测试。

我们将部分航天服面料及舱外设备材料样品，直接暴露于空间站外的极端环境中。那里存在剧烈的温度交变、强紫外线辐射及原子氧侵蚀。经历一年的“风吹日晒”与“精细研磨”后，这些样品将由航天员取回舱内，随神舟飞船带回地球。

随后，我们将进一步开展力学拉伸、光学反射等测试，并与地面样品对比，精准回答：何种材料更耐磨？在太空中能“存活”多久？

这正是为未来的月球基地建设与火星行走“选材”。航天服可能需连续工作数小时甚至数十小时，材料寿命直接关乎航天员安全。

试验三：刺破材料，见证其“自愈”

让材料自行修复破损，听起来似科幻情节，但我们在试验装置中已将其变为现实。

试验装置内置直线电机，可在指令控制下用极细探针刺穿试验件。刺破后，材料破损区域在空间紫外辐射等环境因素刺激下，内部预埋的修复剂会迅速涌向破口，发生化学反应，将划痕“填平愈合”。在轨试验期间，成像系统将持续观测修复过程，记录修复速度与强度恢复程度。

该技术一旦成熟，未来的航天服、密封舱壁乃至柔性太阳能翼，均可能在出现微小损伤后“无声自愈”，极大提升航天器的可靠性与使用寿命。

从“被动抵御”转向“主动再生”，是我们致力于推动的一场防护理念革新。

过去，航天器防护依赖“堆厚度”“换硬材料”，面对灰尘与微小破损往往束手无策。如今，我们让材料表面“活”起来，能主动清除污物、抵抗磨损，甚至实现自我修复。

这三项试验获取的在轨数据，将直接服务于我国未来的月球科研站、火星采样返回乃至更远的小行星探测任务——确保太阳能电池阵常年高效发电，让航天服自行修复微小划伤，使舱外设备寿命有望从数年延长至十余年。

更为关键的是，这种“主动再生”的防护理念，未来在精密仪器、柔性电子、深海装备等领域亦拥有广阔应用前景。

前期，项目研制团队已为嫦娥三号、嫦娥五号、天问一号等重大工程完成相关配套研制与研究任务。未来一年，或许大家将看到这样一幅来自中国空间站的画面：阳光下，一片布满电极的试验板上，模拟尘埃正整齐滑向边缘；同时，一个微小的刺破点在太空辐射下，正静静“长平”伤口。

这些微小变化，正是人类安全迈向深空的重要一步。我们仰望星空，更要让脚下的每一步走得坚实、走得智慧。（作者系天津大学机械工程学院教授崔玉红）