解读 ｜ 来自太空“炼丹炉”的礼物 有望用到国产大飞机上

今天上午，中国科学院上海硅酸盐研究所、中国科学院金属研究所、上海电机学院等单位迎来了来自太空“炼丹炉”的“伴手礼”——空间站高温材料科学实验样品。

图说：空间站高温材料科学实验样品  来源/新民晚报记者 陶磊（下同）

空间站上“炼丹炉”有俩：高温材料实验柜和无容器实验柜。两种实验柜均可加热熔化不同的样品，高熔点样品温度甚至可以达到3000℃以上——这么高的温度，加之太空没有重力的干扰，可不就是“太上老君的炼丹炉”吗！

“炼丹炉”究竟“炼”出了哪些宝贝，这些宝贝到了地球上有何用处？空间站高温材料科学实验样品交接仪式上，专家一一道来。

2/14的珍贵

在中国空间站里，共部署14个科学实验柜，其中空间材料学领域部署了高温材料实验柜和无容器材料实验柜2个实验装置。

“高温材料实验柜有两种工作温度，支持在轨更换，还具备磁场、快速冷却、X射线实时观察等辅助功能。”高温材料科学实验系统主任设计师、中国科学院上海硅酸盐所研究员刘学超自豪地介绍，高温材料柜最高工作温度、温度稳定度等多项指标处于国际领先水平。

无容器实验柜不遑多让，它采用批量样品盒，一个样品盒能容纳多个直径2-3毫米的样品。每个样品要经历悬浮状态下的加热熔化、参数测量、过冷凝固等“炼丹”步骤。航天员对于无容器实验柜的在轨操作主要是样品盒更换，实验过程主要通过注入指令执行，地面科研人员实时监控实验的进行。

目前，随天和核心舱升空的无容器材料柜已稳定在轨运行700余天；而与梦天舱一起遨游宇宙的高温材料柜也稳定在轨超过200天。

给大飞机叶片带来启示

当着记者的面，刘学超拆开了长得像长柄手榴弹的陶瓷保护管，“别担心，里面还包裹着两三层石英管，不会对‘太空宝贝’造成损伤。”

他的合作伙伴，来自上海电机学院的金敏教授透过长约20厘米的石英管，细细观察着其中的样品，“长得不错！”看得出，他对这份“太空伴手礼”很是满意。

石英管里的材料是硒化铟，这个半导体单晶材料的故事简直就是药物西地那非的翻版——最该具备的导电性不尽如人意，可金敏无意间的把玩发现，它居然柔性一流，在块体形态下可任意弯折扭曲而不破碎，甚至能够折成“纸飞机”、绕成莫比乌斯环！

“一般半导体材料在空间生长，晶体的缺陷可减少上百倍。”金敏表示，“我们希望在微重力环境下探测它的性能，并找到潜在增加导电性能的方法。”

无容器材料科学实验系统主任设计师、中国科学院上海硅酸盐研究所研究员余建定解释，无容器，最关键是要让物质克服重力，脱离与周围物质的接触，同时样品要“浮得住，控得稳”。

余建定透露，当前飞机常见的发动机叶片材料属于第二代，随着国产大飞机研发，发动机叶片耐受更高温度就需要新一代的材料，此次下行的一盒样品，正是“升级版”的高温合金材料。“在天上，我们要看材料密度、黏性和表面张力的变化，尤其是观察从高温到室温的收缩情况，空间实验能带来更精准的数据。而这些数据能为将来的研制生产提供基本参数。”

此外，科学家们还能利用无容器材料柜对小行星早期的星胚形成过程进行探索。

研制新型材料综合实验系统

“知道今天要接收样品，我们昨晚兴奋得到凌晨两三点都没睡着。”刘学超激动地表示，“我又回想起保障高温材料柜运行时，在地面开展匹配实验的日日夜夜，那也是段难忘的经历。”

记者了解到，高温材料柜能够支持的材料研究已涵盖功能晶体、高温合金、新型金属合金、半导体材料、特种玻璃、纳米材料、生物材料等，对我国突破“卡脖子”材料中的关键科学和技术问题具有重要意义；而无容器材料柜已开展了8个研究项目、12种金属材料样品的在轨实验，返回4个批次258颗样品，为我国深过冷凝固机理研究、重要新材料制备和熔体热物性测量提供了有力支持。

在中国科学院上海硅酸盐研究所副所长苏良碧看来，无容器实验装置和高温材料实验装置构建起先进的空间材料科学研究平台，为我国空间材料科学发展，实现高水平科技自立自强奠定了太空平台基础。

记者还获悉，该所正在研制新一代新型材料综合实验系统，与空间现有材料实验装置形成互补，满足未来空间材料科学对超高温度、精确控制、更多外场的实验需求。

新民晚报记者 郜阳

【延伸阅读】太空“炼丹”捎回“伴手礼” 空间站高温材料科学实验样品在上海交接