太空探索是推動人類知識與技術進步的關鍵前沿領域。然而，極端的太空環(huán)境，如高低溫循環(huán)、高真空、強輻射、原子氧侵蝕以及太空碎片撞擊等對航天器材料提出了新的要求，即輕質、熱穩(wěn)定性強、抗輻射、耐腐蝕且機械性能優(yōu)異。在這一背景下，高性能纖維及其復合材料憑借優(yōu)異的綜合性能，成為航天關鍵核心材料，廣泛應用于航天器部件、宇航員裝備和防護系統(tǒng)等領域。
2025年6月18日，武漢紡織大學陳鳳翔教授，徐衛(wèi)林教授，浣江實驗室王凱教授，孫書劍教授等人在Materials Today發(fā)表題為“Revolutionizing fiber materials for space: Multi-scale interface engineering unlocks new aerospace frontiers”的研究綜述，系統(tǒng)梳理了高性能纖維材料在空天應用中的最新進展與未來趨勢。
高性能纖維材料正引領航天技術邁入輕質化、智能化與綠色化融合發(fā)展的新階段。通過多尺度界面工程，從分子層調控到宏觀結構設計，材料在結構強化、熱控保護、原子氧防護、電磁屏蔽與健康監(jiān)測等方面實現了多功能集成，顯著提升了在極端空間環(huán)境中的穩(wěn)定性與服役壽命。本文系統(tǒng)梳理了相關關鍵技術進展與工程應用，指出了當前在性能協(xié)同、制造精度與材料可持續(xù)性方面的核心挑戰(zhàn)。值得期待的是，人工智能驅動的材料設計、多材料3D打印與閉環(huán)回收體系等前沿技術，正為突破現有技術瓶頸提供全新路徑。先進纖維材料的每一次技術飛躍，都是推動深空探索從生存保障走向系統(tǒng)智能的關鍵一躍。未來，它們將不僅承擔結構功能，更承載起航天生態(tài)體系的綠色使命，成為連接地球與星辰的智能纖維橋梁。
最后，文章提出五點未來發(fā)展重點：一是結合納米材料與多尺度結構優(yōu)化，實現性能與功能協(xié)同提升；二是發(fā)展智能制造技術，提升界面控制精度與制品一致性，并推動標準體系建設；三是優(yōu)化成型工藝，突破復雜構型下纖維可控分布與功能集成難題；四是發(fā)展低成本混雜復合體系，提升材料經濟性與工程適配度；五是構建閉環(huán)回收機制，發(fā)展生物基材料，助力實現航天材料綠色轉型。綜上所述，高性能纖維復合材料將在未來航天系統(tǒng)中承擔結構、功能與可持續(xù)的多重使命。其持續(xù)突破與應用落地，有賴于材料設計、制造工藝與環(huán)境工程等多學科的協(xié)同創(chuàng)新，以構建面向深空探索的高性能、智能化、綠色化新型材料體系。強調需要通過跨學科研究手段推動下一代航空航天纖維系統(tǒng)的發(fā)展，使其不僅能滿足嚴苛的任務需求，還能為深空探測的長期可持續(xù)性提供支持。
圖1 極端空間環(huán)境的多種表現形式及其對航空航天材料的影響。
圖2 太空中復雜空間環(huán)境對航空航天材料造成的損傷。（a）原子氧的產生及其與基體材料的侵蝕機制。（b）紫外線輻射對芳綸纖維的損傷機制。（c）紫外線輻射對聚酰亞胺的損傷機制。
圖3 航空航天領域使用的先進纖維材料及其相應功能特性
圖4 高性能纖維材料的結構特性和功能應用。
原文銜接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702125002500
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