目前，在中國空間站內，部署了科學實驗柜等具有國際領先水平的空間科學研究與應用設施，能夠在軌支持空間生命科學與生物技術、空間材料科學、微重力基礎物理、微重力流體物理等諸多領域的研究與應用，中國空間站正在成為我國當前覆蓋學科領域最全、在軌支持能力最強，且兼備有人參與和上下行運輸等獨特優勢的“國家太空實驗室”，各類空間科學與應用研究有序展開。
近日，由西北工業大學科研團隊主導的超高溫合金材料研究取得新進展，研究團隊通過中國空間站提供的微重力環境獲得了材料的關鍵物理特性，實現了難熔合金微觀組織結構與宏觀形態的雙調控。
據介紹，研究團隊選取的實驗材料為鈮合金，從2021年9月開始，樣品分三批，隨天舟三號、天舟四號、天舟五號貨運飛船進入中國空間站開展空間材料科學實驗。在航天員的協助下，研究團隊成功完成了材料在微重力條件下的加熱、熔化、降溫、過冷、凝固以及熱物理性質測定等重要實驗。
鈮是一種難熔金屬，其熔點高達2400多攝氏度。鈮合金材料具有塑性好，加工和焊接性能優良等特點，可用作航天和航空工業的熱防護和結構材料，因而被認為是下一代火箭和航空發動機的重要備選材料。
不過，在地面環境下，要對其兩千多攝氏度的熔體開展物理特性的研究十分困難，連實驗容器都很難找到。而中國空間站的無容器材料實驗柜剛好能夠提供無容器和微重力環境的絕佳實驗條件，也為研究人員獲取其物理特性提供了可能。
鋯合金在軌凝固實驗取得科學新發現
除了對超高溫合金材料開展研究外，研究團隊還在中國空間站所提供的微重力環境下，對鋯合金材料開展了在軌凝固實驗，同樣取得了重要發現。
鋯合金具有耐腐蝕性和生物相容性，通常在核技術及醫學植入領域有著廣泛的應用。此前，鋯合金的36個實驗樣品，通過天舟三號貨運飛船送入中國空間站，借助微重力環境，研究團隊得到了不同于地面的材料內部溫度場和流場分布，并觀察到特殊的表面組織結構。
據介紹，鋯合金固體狀態和液體狀態間存在密度差，通常凝固后會出現收縮與縮孔，這也是該專業領域普遍受到關注的研究方向。此次在微重力環境下得到的表面渦旋組織結構，是此前在地面條件下從未發現過的現象，將對進一步了解材料特性，拓展材料應用提供新的可能。
科研團隊利用中國空間站，共對6種合金材料開展了上百次實驗，未來還將計劃對其他材料，尤其是瞄準國家重大需求的新型功能晶體、特種材料等開展相關空間研究。
(總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉)