半克月壤紡成“太空絲”
——首件月壤纖維樣品搭乘天舟飛船進入空間站
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收藏中國人對天宇的想象,自古便深沉而浪漫。在東華大學,科研人員將來自38萬公裡外的月球土壤化為一縷縷兼具柔性與強度的星際之絲。
5月11日,我國首件月壤纖維(模擬)實驗樣品已搭乘天舟貨運飛船進入中國空間站,將在艙外暴露平台開展長期空間環境驗証。這是該校在月壤原位利用材料研究方面的一次探索性嘗試。此前,依托東華大學先進纖維材料全國重點實驗室,研究團隊歷經1年接力長跑,在月壤原位成纖領域取得重要進展,在模擬月球環境下用真實月壤實現全組分纖維制備。
在東華大學地外纖維實驗室,0.5克月壤被妥帖珍藏。這粒比硬幣更輕的月塵,來自嫦娥五號帶回的月球玄武岩質樣品,歷經數十億年太空風化,彌足珍貴。“這麼少的月壤,能紡成絲?”項目啟動之初,質疑聲不斷。
“別人沒做過,我們來做。哪怕隻拉出1毫米,也是成功。”東華大學材料科學與工程學院研究員成艷華說。團隊將月壤比作“太空白砂糖”,借鑒傳統“拔絲地瓜”的熔融拉絲原理,在高溫下將月壤熔化成液滴,再精准牽引成纖。高真空、微重力的月球環境,讓常規設備徹底失效。在沒有可借鑒技術的情況下,設計全球首台模擬月球環境紡絲裝置,在自研的紡絲裝置中,團隊嘗試將月壤熔融並牽引成絲,制備出長度約3米、直徑10余微米的連續纖維樣品,粗細與頭發絲相當。2025年4月1日,“嫦娥五號”月壤纖維隨“九天攬月——中國探月工程20年”展覽在國家博物館展出。
早在2016年,中國科學院院士、東華大學材料科學與工程學院教授朱美芳牽頭上海市科委重大基礎研究項目,團隊從納米材料研究起步,逐步將目光投向極端環境材料。
“極端環境能極端到哪裡?不如往天上走。”2020年,“嫦娥五號”攜月壤成功歸來。面向國家深空探測重大需求,團隊聚焦無機纖維與極端環境制備技術,將“地外纖維”從構想一步一步推向現實。
為了讓月壤纖維走向“工程化可用”,團隊迭代研發三代核心裝備,分別實現毫克級樣品成纖、高真空環境連續制備等階段性目標。這套完全自主知識產權的核心技術,憑借原創性與實用性,斬獲第二十五屆中國國際工業博覽會大獎。
面向未來月球科研站建設需求,月壤纖維的潛在應用包括柔性結構材料、月壤混凝土增強等。由於地月運輸成本較高,原位資源利用是該方向的主要考慮因素之一。目前相關研究仍處於基礎驗証階段,距離實際應用尚有距離。據介紹,此次空間站搭載實驗,旨在獲取高真空、強輻照、極端溫差等環境下的纖維性能數據,為后續研究提供參考。
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