太空服智能皮膚紡織樣品將前往國際空間站進行彈性測試

太空服智能皮膚紡織樣品將前往國際空間站進行彈性測試

織物樣品將前往國際空間站進行彈性測試；可能的應用包括宇宙塵埃探測器或太空服智能皮膚。

麻省理工學院的一個研究人員團隊已將一組被動式智能織物樣品發送到國際空間站，為期一年，以幫助確定這些織物在低地球軌道上的生存狀況。

本月初，麻省理工學院的一個研究小組向國際空間站發送了各種高科技面料的樣品，其中一些帶有嵌入式傳感器或電子產品。這些樣品（目前暫未供電）將在太空環境中暴露一年，以便確定這些材料在低地球軌道惡劣環境中生存的基線。

希望這項工作可以導致太空飛行器的隔熱毯，可以用作撞擊微流星體和空間碎片的靈敏探測器。最終，另一個目標是開發新的智能面料，使太空人可以通過其加壓服感覺到觸感。

麻省理工學院多學科團隊的三名成員，媒體實驗室的研究生朱莉安娜·切爾斯頓，化學系的孫雨辰，電子學研究實驗室和材料科學與工程系的魏巖與麻省理工學院新聞討論了該實驗的宏偉目標。

1、面料樣品送到國際空間站的使命：

國際空間站的白色樣品實際上是一種保護性織物材料，稱為Beta布，這是一種浸漬聚四氟乙烯的玻璃纖維，旨在保護太空飛行器和太空服免受低地球軌道的惡劣影響。幾十年來，儘管在太空資產的外部提供了大面積的房地產，但這些織物仍保持電無源狀態。

織物樣品包含由ISN資助開發的熱拉伸"聲學"纖維，能夠將機械振動能轉化為電能（通過壓電效應）。當微型流星體或空間碎片撞擊織物時，織物會振動，而"聲"纖維會產生電信號。我們在麻省理工學院的研究小組已經開發了20多年的熱拉伸多材料纖維。這些聲學纖維之所以與眾不同，是因為它們對機械振動非常敏感。織物已在地面設施中顯示出來，可以檢測和測量撞擊，而不受空間灰塵在織物表面上的影響。

我們想像將這種飛船的皮膚變成巨大的太空碎片和微型流星撞擊傳感器。我們與日本航天局JAXA和Space BD合作發送給國際空間站的樣本將電荷敏感的合成毛皮（早期概念）和振動敏感的光纖傳感器（我們的項目重點）等材料整合到了太空中，彈性面料。所得的織物可用於檢測具有科學意義的宇宙塵埃，以及用於檢測太空飛行器上的損壞。

很容易假設，由於我們已經將這些材料發送到太空，因此該技術必須非常成熟。實際上，我們正在利用太空環境來補充我們重要的地面測試工作。所有這些織物傳感器在首次首次太空測試中都將保持供電，並且樣品被子在站外牆上的總面積為10乘10釐米。

我們的重點是建立其對太空環境的彈性。一年後，這些樣本將返回地球進行飛行後分析。經過一年的熱循環，我們將能夠測量原子氧腐蝕，紫外線輻射變色以及光纖傳感器性能的任何變化。我們也有可能發現微米級微流星體的跡象。我們也已經為目前計劃在2021年下半年或2022年初進行的電力部署做準備（最近由ISS國家實驗室授予該項目）。到那時，我們將在纖維上附加一層保護塗層，並在太空中進行實際操作。

2、太空環境中的高級面料有哪些用途

對基礎科學探究有用的儀器可以直接結合到持久性太空飛行器的織物表皮中，而迄今為止，太空飛行器的表皮尚未使用且非常寶貴。特別是，評估這些皮膚是否足夠敏感，以檢測距地球數十或數百光年的百萬年超新星爆炸產生的宇宙塵埃。就在去年，在新鮮的南極雪中發現了這種星際塵埃的同位素特徵，因此我們相信其中一些塵埃仍在太陽系中旋轉，為超新星爆炸的動力學提供了線索。對它們的分布和運動學進行原位表徵是我目前最雄心勃勃的科學目標。

更普遍地說，很期待看到先進的纖維和織物可以解決其他一些基本的物理問題，例如利用光纖或對輻射敏感的材料來製造大孔徑傳感器。

研究小組中的一些學生還開發了一個概念原型，其中將加壓太空服臂章外部皮膚上的感覺數據映射到穿戴者生物皮膚上的觸覺致動器。使用此系統，太空人將能夠通過其太空衣感受到質感並立即觸摸！對新環境的這種直接體驗對於人類探索的動力至關重要。

撞擊敏感的皮膚也可以用於持久太空飛行器的損壞檢測。在實踐中，織物能夠確定空間碎片和微小流星體造成的損壞的能力，這就是我們將這種概念真正出售給航空航天工程師的方式。

埋在防護服中的紡織品將能夠通過詢問大範圍的生理信號來實時監控太空人的健康狀況。織物還可以用作局部加熱和冷卻系統，輻射劑量計和有效的通信基礎結構（通過織物光學和聲學）。他們可能會收集太陽能以及振動產生的少量能量，然後將這些能量存儲在光纖電池或超級電容器中，這將使系統自供電。織物甚至可以作為外骨骼的一部分，協助太空人在行星體和微重力中進行操縱。 一個廣闊的視野正在發揮作用，即在太空彈性紡織品中添加大量功能，從而創造出類似太空織物的"摩爾定律"。

3、收集太空塵埃與監測碰撞的信號

太空無疑是研究的一個新領域，儘管在環境條件下甚至在水下都已經設想了許多地面應用。從低地球軌道到行星體，空間是一個獨特的環境，具有原子氧，輻射，高速撞擊器和極端溫度循環。纖維和織物在那裡會表現如何，纖維材料會引起什麼變化？電子織物應如何設計以滿足航空航天應用的需求？科技問題很多。

研究小組力圖突破衝擊試驗在實驗上可達到的極限，使用由實驗室設計的雷射加速器設備測試跨越聚合物，薄膜和納米結構材料的新型材料，以每秒超過1公裡的速度撞擊目標表面上的微小顆粒。

當出現測試一種能夠檢測低地球軌道及其後方撞擊信號的材料的想法時，我們這邊立即引起了人們的興趣，因為它與我們先前的研究重點根本不同。這些實驗肯定比我們習慣的更加困難和複雜，需要維護更多的活動部件。我認為當我們初步的衝擊實驗成功並令人鼓舞時，我們都感到非常驚喜。

最初，帶有稀疏集成的傳感元件的織物傳感器實際上並不能檢測出如此小的快速粒子。逐漸增加了加速進入傳感器的顆粒數量，同時保持了實驗的所有其他方面不變。越來越多的信號表明吸菸槍表明我們看到了真實的衝擊信號。