中国新一代载人飞船试验船安排3D打印等三大科研项目

5日晚，长征五号乙运载火箭从海南文昌航天发射场将中国新一代载人飞船试验船成功送入预定轨道。来自中国科学院的消息称，在此次任务中，由中国科学院牵头的中国载人航天工程空间应用系统已在新一代载人航天器试验船上安排了三次科学实验(试验)，即在轨精细成型实验、材料摩擦行为实验和微重力测量实验，目的是为中国空间站未来的建设和运行及其进一步探索深空进行前瞻性的科学研究和技术验证。

-在轨精细成形实验。在人类探索太空的过程中，设备和材料的“供应线问题”一直阻碍着人类向太空的进一步飞行。随着空间3D打印技术的快速发展，航天器部件的“自给自足”成为可能。2014年，世界上第一台太空3D打印机抵达国际空间站，揭开了人类“太空制造”的序幕。为了进一步提高制造精度，扩大可用于空间制造的材料范围，中国科学院空间应用中心研究团队开发的“在轨精密成形实验装置”将创新性地利用立体光刻3D打印技术在轨制造微米级精度的金属/陶瓷复合材料。

空间失重环境是立体光刻技术面临的主要挑战之一。普通的印刷浆料在失重条件下无法保持稳定的形态，由爬壁引起的液面波动会影响印刷。通过国内外数百架失重飞行器进行的微重力实验，该团队分析了失重条件下浆料的流变行为和内在机理，并通过化学和物理方法优化了浆料从液态到软态的形态。柔软物质的特殊屈服应力在失重条件下抵抗变形和爬壁，在较高的剪切力下能恢复良好的流动性，保证印刷的顺利进行。

——材料摩擦行为实验。众所周知，每个动作都有磨损。例如，由于相对运动，普通机械运动机构的部件将不可避免地摩擦和磨损，形成称为研磨粉尘的摩擦产物，其通常积聚在运动部件附近，并可能污染外围表面。这种现象在卫星、航天器和空间站中也是不可避免的。因此，为了减少运动部件的磨损，延长运动部件的使用寿命，通常需要用润滑油、润滑脂或固体润滑剂来润滑运动部件的摩擦表面。

中国科学院空间应用中心和中国科学院兰州化学物理研究所开发的“材料摩擦行为实验装置”将研究微重力环境下液体润滑材料的润湿行为和固体摩擦产物的迁移行为。通过观察不同类型润滑油在材料表面的润湿现象，分析固体表面状态对液体润滑材料润湿行为的影响，揭示空间环境因素特别是微重力环境对润滑油润湿行为的作用规律，指导适用于空间运动部件的表面改性新技术，为长寿命润滑技术的设计和开发提供支持。同时，通过研究微重力环境下的碎片迁移现象，研究空间环境因素对碎片漂移的影响，探索空间微重力环境下碎片的分布，推断微重力环境下碎片漂移的驱动机制，为轨道运行中长寿命运动机制下碎片约束的后续研究提供指导意义。

-微重力测量试验。载人航天器在轨道上飞行时，会受到地球引力以外的各种力的干扰，如大气阻力、太阳辐射光压力、重力梯度效应、轨道机动、姿态控制、设备运行和乘员活动等。，这样就不会达到完全的“失重”状态，而是一种“微重力”环境，其大小可以通过航天器上的干扰力的加速度值来测量。为了掌握和消除各种干扰对航天器科学实验载荷的影响，为科学实验提供所需的高微重力水平实验环境，首先需要准确测量科学实验载荷的微重力水平。

中国科学院空间应用中心与华中科技大学三十三所和中国航天科技集团第三研究所联合研制的“微重力测量实验装置”，将各种微振动加速度传感器集成在同一设备中，进行加速度测量能力的对比试验和在轨验证。这也是中国高精度微机电系统静电悬浮加速度计的首次在轨飞行。为中国空间站期间高灵敏度微重力测量技术和高微重力隔振控制技术的发展提前提供技术验证和技术储备。(结束)