30年磨一剑！他们铸造太空材料研究“国之重器”

本次国家技术发明奖一等奖中，有这样一套“国之重器”——它能在地面模拟出太空的微重力、无容器极端环境，将钨合金加热到超过3400℃的超高温，精确控制其熔化、悬浮和凝固。这套完全自主知识产权的实验系统，全名叫“空间极端条件下高温金属材料超常调制技术与科学实验系统”。项目历经30年时间，实现了我国空间极端条件材料研究从追赶到引领。

在西北工业大学空间材料科学实验室里，一颗金属样品在电场作用下稳稳悬浮在半空中，被加热到超过3400℃的超高温。这套集静电悬浮、电磁悬浮、超声悬浮等多种设备为一体的实验系统，能够在地面模拟出太空的微重力、无容器极端环境，是我国空间材料科学领域当之无愧的“国之重器”。

中国科学院院士 魏炳波：空间材料科学是上个世纪中期开始，是载人航天领域和材料科学双重的世界前沿。中国空间站的应用方向之一，就是在这种空间特殊极端条件下，怎么去研发特殊的新材料。

长期以来，欧美国家对空间材料科学相关技术严密封锁，核心设备和技术对中国禁运。从零起步，打造一套完全自主知识产权的科学实验系统，是摆在中国科研工作者面前的必答题。在所有技术难题中，静电悬浮技术是最难啃的“硬骨头”。它科学原理并不复杂，但难点在于如何稳定控制，就这么一个看似简单的问题，科研团队花了整整25年才攻克。

中国科学院院士 魏炳波：用静电悬浮的方式实现纯钨和钨合金在空间极端条件下的熔配，它的组织控制和性能的优化。把重力抵消掉，产生个向上的力不就完事了吗？它侧向给你飞走。

魏炳波和团队成员也不知道经过了多少不眠之夜和多少个实验，他们终于找到了横向上电场和纵向上电场的最优组合方式，实现了既有纵向悬浮力、又有横向约束力的稳定控制。更重要的在于，团队首次实现了纯钨的深过冷快速凝固。

中国科学院院士 魏炳波：静电悬浮虽然是1911年美国人先做出来的，我们做出来的样品尺度现在最大可以到15个毫米，国外基本上就6个毫米。第二，他们到现在为止，没法让纯钨过冷，我们不但把钨变成钨水，还让它过冷，整个过程可控。

随着中国空间站全面建成，这套地面实验系统正式与空间站无容器材料实验柜形成“天地协同”。科研团队利用空间站获取的关键数据，发现了三种在地面重力环境下被掩盖的超常枝晶尖端形态及共晶生长新规律。这些新发现，将帮助我们缩短在钨、铌、锆等战略金属材料上的差距。在过去的地面条件下根本找不到能承载3000多摄氏度高温熔体的容器，而太空的无容器环境，为解决这一问题提供了全新路径。

中国科学院院士 魏炳波：钢铁、有色金属，中国已经连续30年世界第一。超高温合金，特别是钨，3422℃的超高温，常规的方式在地面环境是没法熔炼的。有了中国空间站、跟空间站配套的地面超常制备系统，就为中国发展特殊的战略金属材料打开了一种特殊渠道。

展望未来，魏炳波预计，5到10年内，这套极端条件下的科学实验系统就能转化为具有工业生产价值的先进设备系统。

中国科学院院士 魏炳波：这套实验装备虽然现在属于科学仪器，但是既然咱们有了锅，炒了第一盘菜，这个菜不能关起门自己享用，要变成国民经济主战场里边的一个小的亮点。同时科学的前沿还要往前走。

从0到1的突破，从跟跑到领跑的跨越，“空间极端条件下高温金属材料超常调制技术与科学实验系统”项目，不仅为我国战略金属材料研发开辟了新纪元，更为中国制造业迈向高端、实现科技自立自强提供了坚实的材料科学支撑。