【技術前沿】長征五號B火箭首飛任務將驗證在軌3D打印
摘要：航天科技在軌完成3D打印
5月5日, 長征五號B（以下簡稱“長五B”）遙一運載火箭在海南文昌航天發射場將我國新一代載人飛船試驗船成功送入預定軌道。在本次任務中，由中國科學院牽頭負責的空間應用系統在新飛船試驗船安排了在軌精細成型實驗、材料摩擦行為實驗、微重力測量試驗等三項科學實（試）驗，將為未來我國空間站建設運營以及走向更遙遠的深空，進行前瞻科學研究和技術驗證。
在人類探索太空過程中，設備和材料的“補給線問題”，一直阻礙著人們飛向更遠空間。隨著太空3D打印技術快速發展，實現航天器零部件的“自給自足”正在成為可能。2014年，NASA研制的世界上首臺太空3D打印機抵達國際空間站，揭開了人類“太空制造”的序幕。據介紹，為進一步提升制造精度、擴大可用于太空制造的材料譜系，由中科院空間應用中心研究團隊研制的“在軌精細成型實驗裝置”將創新采用立體光刻3D打印技術對金屬/陶瓷復合材料進行微米級精度的在軌制造。太空失重環境是立體光刻技術面臨的主要挑戰之一，普通的打印漿料在失重條件下無法保持穩定形態，會發生爬壁導致液面起伏影響打印。該團隊通過國內外失重飛機，先后進行了數百次微重力環境下的實驗，對漿料在失重條件下的流變行為及內在機理進行了分析，利用化學及物理方法對漿料進行優化使其從液態變為軟物質形態，軟物質特有的屈服應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良好的流動性，保證了打印順利進行。
眾所周知，有運動必有磨損，比如人們常見的機械運動機構，其構件由于相對運動必然發生摩擦并產生磨損，形成稱為磨屑的摩擦產物，常堆積于運動部位附近并可能對周邊表面有所污染，在衛星、飛船及空間站中這一現象同樣也不能避免。因此基于降低運動零件的磨損，延長運動零件的使用壽命的目的，通常需要對運動零件摩擦表面加注潤滑油、潤滑脂或固體潤滑進行潤滑。由中科院空間應用中心聯合蘭州化學物理研究所研制的“材料摩擦行為實驗裝置”將研究微重力環境下液體潤滑材料的濕潤行為及固體摩擦產物遷移行為，通過觀察不同類型潤滑油在材料表面的浸潤現象，分析固體表面狀態對液體潤滑材料浸潤的影響，揭示空間環境因素特別是微重力環境對潤滑油潤濕行為的作用規律，指導可應用于空間運動部件的新型表面改性技術，為長壽命潤滑潤滑技術的設計開發提供支持。同時通過考察磨屑在微重力環境中的遷移現象，研究空間環境因素對磨屑漂移的影響，探索空間微重力環境中的磨屑分布狀態，推演出微重力環境中磨屑漂移的驅動機制，為后續長壽命運動機構在軌運行期間磨屑約束研究提供指導意義。
載人航天器在軌飛行時，會受到地球引力之外多種作用力的干擾，如大氣阻力、太陽輻射光壓、重力梯度效應、軌道機動、姿態控制、設備運轉和乘員活動等，從而達不到完全“失重”狀態，而是一種“微重力”環境。“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。為了掌握并消除各種干擾對航天器內科學實驗載荷影響，為科學實驗提供所需高微重力水平實驗環境，首先需要準確測量科學實驗載荷微重力水平。由中科院空間應用中心聯合華中科技大學，中國航天科工集團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備中進行加速度測量能力的比對測試與在軌驗證，也是國內高精度微機電系統靜電懸浮加速度計的首次在軌飛行，將為我國空間站時期開展高靈敏度微重力測量技術與高微重力隔振控制技術提前進行技術驗證與技術儲備。
