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5月7日，我國完成首次太空3D打印的消息引發(fā)關(guān)注。這是長征五號B火箭發(fā)射的新一代載人飛船試驗船，所搭載的一臺“3D打印機(jī)”完成的。除了太空3D打印，這枚火箭還帶了哪些科研項目上天？
長征五號B搭載的在軌精細(xì)成型實驗裝置。中國科學(xué)院供圖
記者5月7日從中國科學(xué)院獲悉，由該院牽頭負(fù)責(zé)的空間應(yīng)用系統(tǒng)，在新飛船試驗船安排了在軌精細(xì)成型實驗、材料摩擦行為實驗、微重力測量試驗等3項科學(xué)實（試）驗，將為未來我國空間站建設(shè)運(yùn)營以及走向更遙遠(yuǎn)的深空，進(jìn)行前瞻科學(xué)研究和技術(shù)驗證。
在軌3D打印
在人類探索太空過程中，設(shè)備和材料的“補(bǔ)給線問題”，一直阻礙著人們飛向更遠(yuǎn)空間。隨著太空3D打印技術(shù)快速發(fā)展，實現(xiàn)航天器零部件的“自給自足”正在成為可能。
2014年，世界上首臺太空3D打印機(jī)抵達(dá)國際空間站，揭開人類“太空制造”的序幕。為進(jìn)一步提升制造精度、擴(kuò)大可用于太空制造的材料譜系，由中科院空間應(yīng)用中心研究團(tuán)隊研制的“在軌精細(xì)成型實驗裝置”，將創(chuàng)新采用立體光刻3D打印技術(shù)對金屬/陶瓷復(fù)合材料進(jìn)行微米級精度的在軌制造。
據(jù)中科院專家介紹，太空失重環(huán)境是立體光刻技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)之一，普通的打印漿料在失重條件下無法保持穩(wěn)定形態(tài)，會發(fā)生爬壁導(dǎo)致液面起伏影響打印。
科研團(tuán)隊通過中外失重飛機(jī)，先后進(jìn)行數(shù)百次微重力環(huán)境下的實驗，對漿料在失重條件下的流變行為及內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行分析，利用化學(xué)及物理方法對漿料進(jìn)行優(yōu)化使其從液態(tài)變?yōu)檐浳镔|(zhì)形態(tài)，軟物質(zhì)特有的屈服應(yīng)力在失重條件下抵抗形變，抑制爬壁，且在較高剪切力作用下其又可以恢復(fù)良好的流動性，保證打印順利進(jìn)行。
在太空“摩擦摩擦”
眾所周知，有運(yùn)動必有磨損，如人們常見的機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其構(gòu)件由于相對運(yùn)動必然發(fā)生摩擦并產(chǎn)生磨損，形成稱為磨屑的摩擦產(chǎn)物，常堆積于運(yùn)動部位附近并可能對周邊表面有所污染，在衛(wèi)星、飛船及空間站中這一現(xiàn)象同樣也不能避免。
也因此，基于降低運(yùn)動零件的磨損，延長運(yùn)動零件的使用壽命的目的，通常需要對運(yùn)動零件摩擦表面加注潤滑油、潤滑脂或固體潤滑進(jìn)行潤滑。
據(jù)中科院專家介紹，由中科院空間應(yīng)用中心聯(lián)合中科院蘭州化學(xué)物理研究所研制的“材料摩擦行為實驗裝置”，將研究微重力環(huán)境下液體潤滑材料的濕潤行為及固體摩擦產(chǎn)物遷移行為，通過觀察不同類型潤滑油在材料表面的浸潤現(xiàn)象，分析固體表面狀態(tài)對液體潤滑材料浸潤的影響，揭示空間環(huán)境因素特別是微重力環(huán)境對潤滑油潤濕行為的作用規(guī)律，指導(dǎo)可應(yīng)用于空間運(yùn)動部件的新型表面改性技術(shù)，為長壽命潤滑技術(shù)的設(shè)計開發(fā)提供支持。
同時，通過考察磨屑在微重力環(huán)境中的遷移現(xiàn)象，研究空間環(huán)境因素對磨屑漂移的影響，探索空間微重力環(huán)境中的磨屑分布狀態(tài)，推演出微重力環(huán)境中磨屑漂移的驅(qū)動機(jī)制，為后續(xù)長壽命運(yùn)動機(jī)構(gòu)在軌運(yùn)行期間磨屑約束研究提供指導(dǎo)意義。
達(dá)不到完全“失重”怎么辦
在太空飛行時，載人航天器會受到地球引力之外多種作用力的干擾，比如大氣阻力、太陽輻射光壓、重力梯度效應(yīng)、軌道機(jī)動、姿態(tài)控制、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和乘員活動。
這就會帶來一個后果，即達(dá)不到完全“失重”狀態(tài)，而是一種“微重力”環(huán)境。“微重力”是對“失重”的偏離，其大小可以通過航天器所受干擾力的加速度值來度量。
據(jù)中科院專家介紹，為掌握并消除各種干擾對航天器內(nèi)科學(xué)實驗載荷影響，為科學(xué)實驗提供所需高微重力水平實驗環(huán)境，首先需要準(zhǔn)確測量科學(xué)實驗載荷微重力水平。
由中科院空間應(yīng)用中心聯(lián)合華中科技大學(xué)、中國航天科工集團(tuán)三院三十三所研制的“微重力測量實驗裝置”，將多種類型的微振動加速度傳感器集成在同一臺設(shè)備中進(jìn)行加速度測量能力的比對測試與在軌驗證。
這也是我國高精度微機(jī)電系統(tǒng)靜電懸浮加速度計的首次在軌飛行，有望為中國空間站時期開展高靈敏度微重力測量技術(shù)與高微重力隔振控制技術(shù)提前進(jìn)行技術(shù)驗證與技術(shù)儲備。
中國青年報
