天舟十号在轨试验有望解决三大太空烦恼

5月11日早上8点多，天舟十号货运飞船搭载近6.2吨补给物资顺利奔赴中国空间站。其中，一套独特的试验装置尤为引人注目——它的核心任务并非运送货物，而是安装在空间站外壁，开展一系列关键验证工作。简单来说，就是要攻克极端空间环境下，材料如何实现抗磨损、高效防护乃至自主修复的重大技术难题。

这一项目背后，凝聚了我们团队在空间力学领域长达20多年的深厚积累。而这一次，是首次真正进入太空环境进行“实打实”的验证测试。眼看6月初即将来临，团队里的年轻人开玩笑说，感觉就像“梦回高考”一样紧张。说实话，作为导师，我也难免捏一把汗。每天紧盯空间站传回的最新数据，一边优化试验方案，一边严阵以待。

这套装置将在轨道上持续运行整整一年，其测试成果极有可能为未来航天器提供一种全新的防护理念——不再仅仅“被动承受”，而是具备“主动再生”的能力。通俗地讲，就是航天器能够自行愈合微小损伤、主动清除表面尘埃。这一技术突破，对我国后续的月球探测、火星探测以及更远的深空任务，将是至关重要的技术支撑。

三大科学目标精准聚焦空间站防护核心痛点

那么，这套试验装置究竟要解决哪些具体难题？又能为人类航天带来哪些新技术与新思维？概括而言，这组在轨试验瞄准了三个核心方向：空间尘埃的防护与清除、关键材料在轨抗磨损性能验证，以及材料自修复技术的真实环境测试。一句话总结，就是让航天器在太空中实现“智能除尘”和“自主愈合”。

在地球上，灰尘和微小破损或许无足轻重，但在太空那种极端、无人值守的环境里，一粒微尘、一道细微划痕，都可能演变成致命的威胁。

还记得2018年席卷火星的全球性沙尘暴吗？那场灾难导致“机遇号”探测器太阳能电池板被厚厚的灰尘覆盖，最终因电力耗尽而永久失联。

再往前追溯，阿波罗登月任务中，宇航员们发现月球尘埃细如滑石粉，但其锋利程度堪比玻璃碎屑。这些微尘侵入仪器设备会引发温度异常，飘入舱内则让宇航员咳嗽不止、眼睛刺痛。而舱外航天服在几次任务之后，手套和关节部位早已磨损严重，直接报废。

正是这些真实发生的“太空烦恼”，促使团队提出了三项针对性的技术方案。

试验一：电帘除尘技术——为设备表面装上智能“清灰系统”

在太空中，宇航员不可能每天都出舱去擦拭灰尘。如何有效除尘？我们采用的是一种名为“电帘除尘”的创新方法。

其原理并不复杂：在太阳能电池板的玻璃盖片下方，铺设一层透明电极。按照特定方式通电后，电极上方会形成一道移动的电荷“台阶”。这道带电的“台阶”就像一把无形的扫帚，推动尘埃颗粒沿特定方向移动，最终使其从表面“脱离”飞走。

试验装置配备了一套高分辨率相机，能够实时记录尘埃的运动轨迹和清除过程，再通过图像分析精确计算出除尘效率——即到底能扫掉多少灰尘。

一旦这项技术验证成功，未来无论是月球车的太阳能板，还是火星基地的玻璃穹顶，都可以涂覆或贴附这种“电帘薄膜”。需要除尘时，通电即可自动完成，宇航员再也不用亲自出舱进行“大扫除”了。

试验二：真实太空环境下的材料磨损验证

第二项任务更加直接：在真实太空环境中进行材料磨损测试。

我们将一批航天服面料、舱外设备材料的样品，直接暴露在空间站外的极端环境中。那里存在着剧烈的温度交变、强烈的紫外线辐照以及原子氧的持续侵蚀。经过整整一年的“风蚀日晒”和“细微研磨”，这些样品将由航天员取回舱内，随后随神舟飞船返回地面。

回到地面后，我们将进行力学拉伸、光学反射等一系列性能测试，并与地面对照样品逐项比对，从而精确回答：哪种材料更耐磨？在太空中究竟能“服役”多久？

这本质上就是在为未来的月球基地建设、火星表面行走“筛选材料”。航天服可能需要连续工作数小时甚至数十小时，材料的寿命直接决定了航天员的安全底线。

试验三：材料自修复技术——刺破后静观其“自愈”

让材料自行修复破损，听起来有点像科幻电影，但在我们的试验装置中，这正真实发生。

装置内部集成了一台直线电机，可以根据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线辐射等环境因素刺激下，材料内部预埋的修复剂会迅速流向破口，发生化学反应，将划痕“填平愈合”。在轨运行期间，成像系统会全程记录修复过程，监测修复速度以及强度恢复程度。

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，都有望在出现微小损伤后实现“无声自愈”。这对于航天器可靠性和工作寿命的提升，将是一次巨大的飞跃。

从被动抵御到主动再生：航天防护理念的革命性跨越

航天防护领域一直有一个核心思路：过去主要依赖“增加厚度”和“更换更硬的材料”，面对灰尘和微小破损往往束手无策。而现在，关键在于如何让材料表面“活”起来，既能主动清洁、抗磨损，又能自我修复愈合。

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建设、火星采样返回任务，乃至更遥远的小行星探测工程。目标非常明确：让太阳能电池阵常年保持高效发电，让航天服能够自行修复微小划伤，让舱外设备的使用寿命从几年延长到十几年。

更重要的是，“主动再生”这种创新型防护理念，未来在精密仪器、柔性电子、深海装备等领域，同样拥有广阔的想象空间和应用前景。

值得一提的是，项目研制团队此前已为嫦娥三号、嫦娥五号、天问一号等国家重大工程，完成了多项相关的配套研制与研究任务。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：阳光照耀下，一片布满电极的试验板上，模拟的尘埃正整齐有序地滑向边缘；与此同时，一个小小的刺破点在太空辐射环境中，正安静地“长平”伤口。

这些看似微小的变化，正是人类安全迈向深空的重要一步。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）