月壤纺丝技术将随中国空间站实验验证

在中国空间材料研究领域，一项里程碑式的成果正引发广泛关注。东华大学先进纤维与低维材料全国重点实验室珍藏着一份仅0.5克的珍贵月壤样本，它由嫦娥五号探测器从月球风暴洋区域带回。这份历经数十亿年太空风化作用的月球玄武岩，其科研价值无可估量。依托这份来自38万公里外的地外物质，中国科学家成功实现了月壤原位资源利用的关键一步——制备出了连续、均匀的“月壤纤维”。

（2025年4月1日，“嫦娥五号”月壤纤维及其模拟样品随“九天揽月—中国探月工程20年”大型展览在国家博物馆公开展出。东华大学 供图）

近日，该项目取得重大工程进展：中国首件月壤纤维（模拟）实验样品，已于5月11日随天舟七号货运飞船成功发射，并顺利入驻中国空间站。该样品将被部署于空间站舱外暴露实验平台，接受长期、真实的空间环境考验与性能验证。这项突破性研究由东华大学科研团队主导，他们在实验室高仿真月球环境条件下，利用真实的嫦娥五号月壤，成功实现了月壤全组分、连续纤维的制备技术。

这项前沿研究具有明确的战略指向性。随着国际月球科研站规划逐步清晰，月壤纤维的潜在工程应用价值日益凸显。无论是作为月球基地建设的柔性复合材料、防护织物，还是用于增强月壤基混凝土的力学性能，都展现出巨大的原位资源利用前景。众所周知，从地球向月球运输建筑材料的成本极高，发展月球原位制造技术已成为深空探测的必然选择。当然，科研团队也清醒指出，目前月壤纤维研究仍处于原理验证与性能测试阶段，距离大规模工程化应用尚有诸多科学与技术难题需要攻克。

一场持续十年的科研“接力长跑”

月壤成纤技术的突破，绝非偶然，它凝聚了中国科研界长达十年的持续攻关。早在2016年，由中国科学院院士、东华大学教授朱美芳领衔的上海市重大基础研究项目正式启动，团队最初从纳米纤维材料研究起步，逐步将研究方向拓展至极端环境特种纤维。关键转折发生在2020年，嫦娥五号任务圆满成功并带回1731克月壤样品，为直接研究地外物质提供了宝贵机遇。此后，朱美芳院士团队骨干成员成艳华研究员、汪庆卫教授、丁林锋副研究员等，依托国家重点研发计划等国家级项目，聚焦“无机纤维与极端环境制备技术”方向，从项目论证、方案设计，到专用设备研发、工艺参数优化，一步步将“月壤纺丝”的科学设想转化为实验室成果。为实现从“样品”到“产品”的技术跨越，团队先后迭代研制了三代核心实验装备，相继攻克了毫克级月壤熔融、高真空环境连续拉丝、纤维直径在线调控等一系列关键技术瓶颈。

从“月壤粉末”到“连续纤维”的跨越

项目启动初期，质疑之声在所难免。月壤如此稀缺且成分复杂，真的能像传统材料一样被纺成丝吗？面对挑战，东华大学材料科学与工程学院成艳华研究员展现了坚定的科研信念：这正是前沿探索的意义所在，即便最初只能制备出毫米级的纤维，也意味着从0到1的突破。

研究团队将月壤生动地比喻为“太空白砂糖”，其成纤原理借鉴了类似“玻璃纤维拉丝”的熔融牵引技术——即在高温下将月壤熔化为均匀熔体，再通过精密控制的热场与牵引力，将其拉伸成微细的连续纤维。然而，月球表面的高真空、微重力及巨大温变环境，使得地面常规纺丝设备完全失效。在没有国际先例可循的情况下，团队自主设计并建造了全球首台模拟月面环境的微型纺丝实验装置。正是在这台“国之重器”中，科研人员首次将嫦娥五号月壤熔融并成功牵引出长度约3米、直径仅为10-20微米的连续纤维，其细度仅相当于人类头发丝的五分之一。

此次将月壤纤维模拟样品送入中国空间站，核心科学目标正是为了获取其在真实太空极端环境（包括高真空、强宇宙射线、原子氧侵蚀、大幅温度循环等）下的长期性能演化数据。这些第一手空间环境试验数据，将为未来月球基地建设材料的选型、设计与寿命预测提供至关重要的支撑。据悉，东华大学研究团队将继续面向国家深空探测战略需求，深耕月壤原位资源化利用、极端环境高性能纤维等前沿交叉领域，为中国未来月球乃至火星探测任务提供关键材料解决方案。