國際空間站

盡管3D打印太空居所的方案看起來遙不可及，但2016年4月NASA將一個名為BEAM（the Bigelow Expandable Activity Module）的球型充氣式太空棲息實驗?zāi)Ｐ痛钶dSpaceX Dragon貨運飛船送到國際空間站進行測試，則表明NASA的火星棲息地計劃開始進入實質(zhì)性階段，同時也說明充氣式太空棲息地設(shè)計是目前能將棲息地建筑送入太空的最佳方案之一。

BEAM在國際空間站進行測試

BEAM由Bigelow Aerospace公司研制，研究人員介紹，充氣式太空棲息地的優(yōu)勢在于其可以將大型的結(jié)構(gòu)壓縮在很小的貨艙內(nèi)運送到太空，從而大量節(jié)約運輸成本。為了耐受太空環(huán)境，BEAM的柔性結(jié)構(gòu)由包含Kevlar^®纖維在內(nèi)的多層耐環(huán)境的織物組成。

經(jīng)過 1 年的測試，2017年NASA公布證實了BEAM可以保護宇航員不受微流星體和空間碎片的傷害，并將繼續(xù)測試其是否能夠保護宇航員不受空間射線傷害，原定在國際空間站 2 年的測試期或?qū)⒀娱L。

BEAM中的柔性織物

此外，在其他諸多火星棲息地設(shè)計中都可見充氣式的設(shè)計，如在2012年舉辦的第42屆國際環(huán)境系統(tǒng)會議（42nd International Conference on Environmental Systems）上，英國斯特拉斯格萊德大學(xué)和法國國際空間大學(xué)的研究者就公布了一種為火星設(shè)計的充氣式太空棲息地Mars base 10。

Mars base 10效果圖

其充氣式結(jié)構(gòu)材料由氣囊材料、約束材料和屏蔽材料組成，其中氣囊材料采用PA/膠黏劑/PE/EVOH/PE/膠黏劑/PA復(fù)合材料，使材料的耐濕性能和機械強度達到最佳；為了增加充氣結(jié)構(gòu)的剛性，增加了1層由Kevlar^® 49纖維構(gòu)成的約束層，并通過在約束層中織入光纖，可以更好地調(diào)整Mars base 10的膨脹形狀以滿足特定的任務(wù)要求。

Mars base 10柔性復(fù)合材料充氣展開過程模擬圖

再如，由荷蘭非營利性組織“火星一號”基金會和瑞士“火星一號”公司的Mars One項目，以及波蘭建筑師Janek Kozicki和Joanna Kozicka設(shè)計的Martian base火星棲息地都使用了充氣結(jié)構(gòu)概念。這些充氣結(jié)構(gòu)多由膜結(jié)構(gòu)柔性復(fù)合材料或紡織柔性復(fù)合材料制成。

Mars One項目效果圖

Martian base火星棲息地充氣展開效果圖

紡織柔性復(fù)合材料

紡織柔性復(fù)合材料是由紡織增強材料經(jīng)涂層等后整理工藝制成的具有高強、高模、高斷裂伸長、質(zhì)地柔軟的一種復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、能源、交通運輸、土木建筑、航空航天等領(lǐng)域，具有非常大的發(fā)展前景。我國在這一領(lǐng)域的研究起步較晚，關(guān)鍵技術(shù)和加工水平相對落后，目前還無法滿足我國高端市場的需求，絕大多數(shù)需要進口。

《紡織工業(yè)“十三五”科技進步綱要》中，紡織柔性復(fù)合材料作為高性能產(chǎn)業(yè)用紡織品加工關(guān)鍵技術(shù)，提出了未來的研究方向和目標，指出需要進一步研究：高性能纖維的特種整經(jīng)、 編織與功能涂層技術(shù)；高強抗老化、自清潔紡織柔性復(fù)合材料及在膜結(jié)構(gòu)、緩沖囊體、輸送帶領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)；制定產(chǎn)品標準、生產(chǎn)與應(yīng)用規(guī)范。未來，紡織柔性復(fù)合材料的研究開發(fā)值得行業(yè)關(guān)注。