科学圆桌会|空间力学专家：天舟十号带上天的这组试验，将解决三大“太空烦恼”

5月11日早上8点多，天舟十号货运飞船带着将近6.2吨补给物资飞向中国空间站。这里头，有一套挺特别的试验装置，主要任务不是送货，而是挂到空间站外面，干几件关键的事情——说白了，就是要攻克极端环境下，材料怎么抗磨损、怎么防护、甚至怎么自己修复的难题。

说起来，这背后是我们团队20多年在空间力学领域的积累，而这次，是头一回真正跑到太空里去“真刀真枪”地验证。眼瞅着6月初就要到了，团队里的年轻人开玩笑，说感觉像“梦回高考”。说实话，当老师的我也难免紧张，每天盯着空间站传回来的最新数据，一边调整方案，一边严阵以待。

这套装置将在轨工作整整一年，测试结果很可能给未来航天器提供一种全新的防护思路——不再只是“被动挨打”，而是具备“主动再生”的能力。通俗点说，就是能自己愈合伤口、自行清理尘埃。这背后，对我国下一步的月球、火星及其他深空探测任务，将是关键支撑。

三大科学目标，专门瞄准“太空烦恼”

那么，这试验装置到底是来解决哪些烦恼的？它又能给人类带来什么新技术和新理念？简单概括一下，这组在轨试验要实现三个目标：空间尘埃防护与清除、材料抗磨损验证、材料自修复验证。一句话概括就是，让航天器在太空实现“除尘”和“自愈”。

灰尘和破损，在地球上那都不是事，但在太空那种极端、无人的环境里，一颗尘埃、一道划痕，可能就会变成致命威胁。

还记得2018年席卷火星的那场全球性沙尘暴吗？直接导致“机遇号”探测器太阳能电池板蒙上厚厚一层灰，再也充不了电，永远失联。

再往早说，阿波罗登月那些宇航员发现，月球尘埃细得像滑石粉，但锋利程度堪比玻璃。它们钻进仪器能引起温度异常，飘进飞船里让宇航员一边咳嗽一边眼睛刺痛。至于舱外航天服，经过几次任务后，手套和关节处早就磨得不成样子，直接报废。

正是这些真实发生过的“太空烦恼”，让团队提了三个应对方案。

试验一：给设备表面装上“电学窗帘”

在太空里，宇航员不可能天天出舱去擦灰。怎么除尘？我们用的是一种叫“电帘除尘”的方法。

原理很简单：在太阳能电池板的玻璃盖片下面，铺一层透明的电极。然后按特定方式通上电，电极上方就会形成一道移动的电荷“台阶”。这个带电的“台阶”就像一把无形的扫帚，推着尘埃颗粒定向移动，最终从表面“跳离”。

试验装置上配了一套高分辨率相机，会实时记录尘埃的运动轨迹，再通过图像分析，算出到底能扫掉多少灰——也就是除尘效率。

一旦验证成功，未来不管是月球车的太阳能板，还是火星基地的玻璃穹顶，都能涂上或贴上这样的“电帘膜”。需要除尘时，通上电就行，宇航员再也不用亲自出舱搞“大扫除”了。

试验二：把材料暴露在太空中“磨一磨”

第二项任务更直接：做真实的太空磨损测试。

我们把一批航天服面料、舱外设备材料的样品，直接暴露在空间站外的极端环境中。那里有剧烈的温度交变、强紫外线和原子氧的侵蚀。经过一整年的“风吹日晒”和“细细研磨”，这些样品将被航天员取回舱内，随神舟飞船带回地面。

之后，我们会做力学拉伸、光学反射等一系列测试，与地面样品逐项比对，精确回答：哪种材料更耐磨？在太空到底能“活”多久？

这本质上就是在为未来的月球基地、火星行走“选材”。航天服恐怕要连续工作数小时甚至几十小时，材料的寿命直接决定了航天员的安全底线。

试验三：刺破材料，然后看着它“愈合”

让材料自己修复破损，听起来有点像科幻，但在试验装置里，这事真就这么干了。

装置内有一个直线电机，可以按指令用极细的探针刺穿试验件。刺破之后，破损区域在空间紫外辐射等环境因素刺激下，材料内部预埋的修复剂会迅速涌向破口，发生化学反应，把划痕“填平愈合”。在轨期间，成像系统会全程盯着修复过程，记录修复速度和强度恢复的程度。

这项技术一旦成熟，未来的航天服、密封舱壁、甚至柔性太阳能翼，都有可能在小损伤出现后“自愈无声”。这对航天器可靠性和使用寿命的提升，将是巨大的飞跃。

从被动抵御到主动再生

搞航天防护，一直有个核心思路：过去是靠“堆厚度”“换硬材料”，碰上灰尘和微小破损经常束手无策。而现在的问题是，怎么让材料表面“活”起来，既能主动清污、抗磨损，还能自我愈合。

这三项试验获取的真实在轨数据，将直接服务于我国未来的月球科研站、火星采样返回，甚至更远的小行星探测。目标很明确：让太阳能电池阵常年高效发电，让航天服能自行修复微小划伤，让舱外设备寿命从几年拉长到十几年。

更重要的是，“主动再生”这种防护思想，未来在精密仪器、柔性电子、深海装备等领域，同样有广阔的想象空间。

说起来，项目研制团队此前已经为嫦娥三号、嫦娥五号、天问一号等重大工程，完成过相关的配套研制和研究任务。未来一年，我们或许会看到这样一段来自中国空间站的画面：阳光下，一片布满电极的试验板上，模拟的尘埃正整齐地滑向边缘；与此同时，一个小小的刺破点在太空辐射下，正安静地“长平”伤口。

这些看似微小的变化，正是人类安全走向深空的重要一步。仰望星空，更要让脚下的每一步走得踏实、走得聪明。（作者系天津大学机械工程学院教授崔玉红）