我国首次成功实现太空微重力金属增材制造 标志太空制造技术进入工程验证阶段

围绕深空探测、空间站扩建与地外基地建设等长期任务需求,如何在轨高效获取零部件、降低补给成本、提升任务自主性,成为制约太空活动规模化开展的重要问题。

传统模式下,航天器关键构件主要依赖地面研制与发射补给,受限于整流罩尺寸、发射窗口与运力成本,一旦出现在轨损伤或临时改装需求,响应周期长、费用高,且对任务连续性形成掣肘。

此次在太空环境中实现的金属增材制造返回式科学实验,正是对上述瓶颈的工程化回应。

2026年1月12日,由中国科学院力学研究所自主研制的微重力金属增材制造返回式科学实验载荷,搭载中科宇航力鸿一号遥一飞行器开展在轨实验并取得成功;任务结束后,载荷经伞降系统安全回收,并于1月22日完成交付。

该任务为我国首次基于火箭平台实施的太空金属增材制造返回式实验,表明我国已具备在微重力条件下制备金属零部件的关键能力,整体技术水平达到国际先进。

从原因看,太空金属增材制造难点集中在“微重力条件下材料与能量的稳定控制”。

在地面环境中,重力对熔池流动、粉末或丝材输运、成形稳定性具有重要影响;进入微重力后,流动形态与凝固行为显著改变,易引发成形缺陷与性能波动。

同时,火箭平台实验时间窗口有限、振动与姿态变化等因素增加了闭环控制难度。

为此,任务团队突破了微重力条件下物料稳定输运与成形、全流程闭环调控、载荷与火箭系统高可靠协同等关键技术,实现从发射、在轨制造到返回回收的全链条闭环验证,并获得熔池动态特征、物料输运、凝固行为等过程数据,以及成形精度和力学性能等参数,为后续快速迭代提供了重要依据。

从影响看,这一突破的意义不仅在于“能打印”,更在于“可验证、可评估、可回收”。

一方面,返回式样件与全过程数据使得实验结果可量化、可复现,有助于建立太空制造的工艺窗口、质量评价体系和可靠性模型,推动技术从实验室走向工程应用。

另一方面,太空金属增材制造可显著增强航天器在轨维护与扩展能力,减少对地面备件与补给的依赖,并在一定程度上突破发射尺寸与产能约束,为大型结构件、功能部组件的在轨制造与快速替换提供现实路径。

随着任务向深空延伸,“原位制造”将成为实现地外长期驻留与持续作业的重要支点,推动航天活动从“地造天用”向“天造天用”乃至“天造地用”拓展。

从对策看,推进太空制造走向应用,需要形成“技术—标准—平台—产业”协同发力的体系化路径。

其一,围绕微重力金属成形机理、熔池稳定性、缺陷控制与性能一致性等关键科学问题,持续开展基础研究与模型化建设,提升工艺可预测性与可控性。

其二,建立面向在轨制造的质量控制与认证体系,形成从原材料、过程监测、成形评估到服役验证的闭环标准,解决“能做”到“敢用、好用”的工程门槛。

其三,依托灵活、可靠、低成本的在轨验证平台,扩大试验频次与任务覆盖,推动多材料、多形态构件的验证,逐步形成可复用的载荷工程化能力。

其四,强化科研院所与商业航天企业协同创新,围绕太空资源利用、太空制造、在轨服务等新领域开展联合攻关,提升成果转化效率与产业配套能力。

相关政策层面,国家航天局在推进商业航天高质量安全发展行动计划中已明确提出支持在上述领域开展技术攻关,为太空制造从试验走向应用提供了政策牵引。

从前景判断看,太空制造正成为全球空间技术竞争的重要方向。

此次国内首次太空金属增材制造全流程技术验证,不仅为我国在该领域进一步开展规模化、系列化实验奠定基础,也为未来空间基础设施建设提供关键能力储备。

随着平台能力提升和验证体系完善,太空制造有望与在轨装配、在轨服务、空间资源利用等能力相互耦合,形成更完整的“在轨制造与保障”链条,支撑更远距离、更长周期、更高自主度的深空任务。

从敦煌壁画到嫦娥奔月,中华民族的飞天梦想正通过科技创新不断照进现实。

此次太空制造技术的突破,不仅展现了我国航天科技的实力跃升,更预示着人类开发利用太空资源的新纪元正在开启。

在建设航天强国的征程上,这样的创新实践将持续为人类探索宇宙贡献中国智慧和中国方案。