目前，我国第四次舱外暴露实验正在轨开展，覆盖8个科学研究项目共26个单元样品。此前，我们对空间辐射生物学暴露实验进行了介绍（今日太空实验室 | 空间辐射生物学暴露实验装置如何实现“控温”？）。今天，一起走近空间站材料舱外暴露实验，看看现阶段实验进展如何，取得了哪些显著成果？

 

暴露实验是将实验材料暴露于某种特殊环境中，观察实验材料会发生怎样的特殊变化。而舱外暴露实验指的是将实验材料暴露于航天器舱外太空环境中，利用复杂多样的太空影响因素，观测实验材料的微妙变化，航天员和地面团队在此过程中充分收集实验数据，分析样本变化机理，解析背后规律。

 

 

太空环境中，空间站等航天器拥有非常理想的微重力科学实验环境，能够完成许多地面上难以完成的实验。不过，对于某些实验目标来说，微重力环境是远远不够的，需要更接近真空的条件，满足某些实验的辐射需求，为此科研人员设计了舱外暴露平台，以便开展需求更“极端”的特殊太空实验。

 

空间站舱外暴露平台主要支持开展材料实验和生物学实验两大类。空间站材料舱外暴露实验装置可用于开展空间应用材料（润滑、热控、膜系镀层、形状记忆、功能涂层、聚合物、复合材料等）的空间损伤和使役性能实验以及微重力和真空等环境下的空间润滑材料摩擦学实验。

 

 

科研人员通过将一批材料“放置在舱外暴露平台上——充分经受太空特殊环境考验——取回检测”的方式，研究材料的最终状态，进而判断材料的耐腐蚀性能，定向择优发展，合成耐腐蚀性能更强的新材料。

 

材料舱外暴露实验装置自2022年11月12日随天舟五号货运飞船发射入轨以来，已开展3批次样品的暴露实验，共计16个科学实验项目，81个无源样品单元。

首批材料暴露样品总计407件，随天舟五号货运飞船携带进入空间站，于2023年3月8日由神舟十五号航天员乘组与地面科研人员共同完成出舱安装。

通过开展空间材料学研究，测试各类材料在高能粒子辐射以及±100℃温差的环境下，材料组织结构损伤性能衰退、以及功能失效与破坏的机制，从而提高材料及其制品在空间服役过程中的稳定性、可靠性和耐久性。

 

首次舱外暴露实验

 

第二批材料暴露样品随天舟七号货运飞船携带进入空间站，于2024年5月8日由神舟十八号航天员乘组与地面科研人员共同完成出舱安装，包括被动辐射制冷材料、聚酰亚胺纤维材料、光纤材料、光学薄膜材料以及空间用固液复合润滑材料等。

 

第二次舱外暴露实验

第三批材料暴露样品随天舟八号货运飞船携带进入空间站，于2024年11月21日由神舟十九号航天员乘组与地面科研人员共同完成出舱安装。

 

第三次舱外暴露实验

目前，材料舱外暴露实验装置正在开展第四批26个单元样品的暴露实验，覆盖空间单晶硅太阳电池的使役特性和改善策略研究等8个科学研究项目。该批样品随天舟八号、天舟九号货运飞船上行，根据研究需求，在轨开展为期一年、两年的暴露实验。

 

简介：国际上首次在空间开展高性能不锈镁合金的暴露实验，验证了不锈镁合金的空间服役可靠性和稳定性，为研发新型耐空间极端环境轻质高性能不锈镁合金奠定基础。

 

 

应用及前景：可推动不锈镁合金材料在我国轻量化卫星电控系统和散热部件上的应用。

 

简介：国际上首次开展含液凝胶润滑材料的舱外暴露实验和轴承摩擦学实验，验证了凝胶/薄膜复合润滑材料在真实空间环境中的服役寿命高于现役固体润滑薄膜，为新型长寿命空间润滑材料的设计和研制奠定基础。

 

 

应用及前景：可有力支撑航天技术发展对高性能润滑材料的需求，后续可推广至月球车运动机构使用。

 

简介：国际上首次开展了油脂基超润滑/近零磨损润滑材料在真实空间环境中的摩擦学实验，基于固液复合润滑策略实现了滑动摩擦副的近零磨损并揭示了固-液复合润滑机制，为未来近零摩擦磨损的润滑材料应用奠定了基础。

 

 

应用及前景：本研究有望指导未来空间超润滑油脂基润滑材料的研制合成，有助于支撑航空航天润滑材料与技术的发展，推动近零摩擦磨损材料在航空航天、高端装备、先进制造领域的广泛应用。

 

简介：开展了形状记忆聚合物及其复合材料空间站暴露试验，揭示了多种形状记忆聚合物及其复合材料的性能演变规律及空间适应性，筛选出了可展开结构和锁紧释放结构的优选基材，为形状记忆聚合物材料及其空间可展开结构研发提供依据。

 

 

应用及前景：基于形状记忆聚合物复合材料的铰链、锁紧释放机构、柔性太阳能电池系统等结构未来有望应用于我国空间站、探月工程、载人登月、行星探测等重大航天工程。

 

参考文献：

[1]郭玉雪,钟红恩,马萍,等.中国空间站材料舱外暴露实验装置利用效能评估[C]//中国材料研究学会.中国材料大会2025论文汇编.中国科学院空间应用工程与技术中心,2025:146-151.DOI:10.26914/c.cnkihy.2025.054156.

[2]《中国空间站科学研究与应用进展报告》等