2020年11月，麻省理工學(xué)院的一個(gè)研究小組把一些高科技織物樣本送上了國(guó)際空間站，其中一些帶有嵌入式傳感器或電子設(shè)備。這些樣本（目前沒(méi)有動(dòng)力）將在太空環(huán)境中暴露一年，以測(cè)試這些材料在近地軌道惡劣環(huán)境中的耐久性。這些織物樣品能為航天器提供隔熱保護(hù)，同時(shí)也可作為撞擊微流星體和空間碎片的靈敏探測(cè)器。另外，這些織物還是一種新型的智能材料，能讓宇航員通過(guò)宇航服感受到觸覺(jué)。

可以將這個(gè)航天器外殼視為一個(gè)巨大的空間碎片和微流星體撞擊傳感器，如圖1所示。在送達(dá)國(guó)際空間站的織物樣本中，將電荷敏感合成毛皮（一個(gè)早期概念）和振動(dòng)敏感纖維傳感器等材料嵌入到彈性的太空織物里，由此產(chǎn)生的織物可用于檢測(cè)具有科學(xué)意義的太空塵埃以及航天器的損壞情況。

圖1 天和核心艙與天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船組合體（圖片來(lái)源：微信公眾號(hào)“中國(guó)載人航天”）

織物樣本包含熱拉伸“聲學(xué)”纖維，其能利用壓電效應(yīng)，將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能，如圖2所示。當(dāng)微流星體或太空碎片撞擊織物時(shí)，織物會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，“聲學(xué)”纖維就會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)。這種多材料組成的熱拉伸纖維是麻省理工學(xué)院的研究小組開發(fā)了20多年的成果，它對(duì)機(jī)械振動(dòng)非常敏感。這種織物已在地面的實(shí)驗(yàn)室里展示過(guò)，無(wú)論太空灰塵作用織物表面的哪個(gè)地方，都能夠被檢測(cè)和測(cè)量出來(lái)。

圖2 “聲學(xué)”纖維（圖片來(lái)源：《Nature》）

先進(jìn)織物樣本在太空環(huán)境中的測(cè)試，將有助于對(duì)太空塵埃的分布和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行原位表征，并且也已證明這種有助于基礎(chǔ)科學(xué)探究的儀器，可以直接嵌入持久性航天器的紡織材料外層。它還能檢測(cè)到距離地球數(shù)十或數(shù)百光年的，百萬(wàn)年前超新星爆炸產(chǎn)生的宇宙塵埃，2019年，在南極洲的新雪中，人們發(fā)現(xiàn)了這種星際塵埃的同位素特征。因此，有可能還有一些塵埃在太陽(yáng)系周圍飄散，為我們提供了超新星爆炸動(dòng)力學(xué)的線索。

在太空中測(cè)試這種能夠探測(cè)近地軌道和更遠(yuǎn)距離撞擊特征的材料，需要突破沖擊測(cè)試實(shí)驗(yàn)的極限，進(jìn)入高速力學(xué)的領(lǐng)域，如圖3所示。研究小組使用了實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的激光加速器設(shè)備，以每秒1公里以上的速度將微小顆粒撞擊到目標(biāo)表面，測(cè)試到了一些新型的聚合物、薄膜和納米結(jié)構(gòu)材料。

圖3 太空撞擊（圖片來(lái)源：NASA/加拿大航天局）

這些織物不僅能夠在太空中探測(cè)對(duì)科學(xué)研究具有重要意義的塵埃和監(jiān)測(cè)航天器損傷，還可以為宇航員提供獨(dú)特的體驗(yàn)。宇航服內(nèi)的紡織品能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)宇航員的生理信號(hào)，還能通過(guò)加壓服讓宇航員感受到觸摸。這一系列功能使得太空織物具備了飛速發(fā)展的潛力，這不僅是對(duì)太空材料的創(chuàng)新，更是對(duì)未來(lái)太空探索的一大進(jìn)步。

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