NASA新技术模拟月夜极寒环境

随着NASA重新探索月球、火星和更遥远的深空，研究人员必须开发能够承受太空和其他星球极端温度的材料。在极寒条件下，橡胶会像玻璃一样碎裂，电路板可能失效，电气连接也可能冻结并断裂。

深入了解材料如何应对这些极端温度至关重要——尤其是在NASA计划于月球南极建设月球基地之际。那里白天酷热、夜晚严寒，地表温度变化极其剧烈。为此，研究人员开发出一种突破性的测试方法，用来检验材料在太空极寒环境中的性能。位于美国克利夫兰的NASA格伦研究中心工程师发明了“月球环境结构测试装置”（Lunar Environment Structural Test Rig），这台设备能够在低至40开尔文（约零下233摄氏度）的环境中测试材料、电子设备以及其他飞行硬件。

“就像任何建筑在施工前都必须清楚了解建筑材料的性能一样，任何太空任务也都离不开稳健的结构设计，而这取决于我们对所使用材料性能的深入理解。”NASA格伦研究中心LESTR项目技术负责人Ariel Dimston表示。

传统上，NASA一直使用一种依赖超低温液体（称为低温制冷剂）的方式来测试材料在极寒环境中的反应。这些液体，例如液氮、液氢和液氦，是地球上最冷的物质之一，需要储存在专用容器中。工程师利用它们为材料降温，并收集数据分析材料表现。

“LESTR 的特别之处在于，整个装置在完全干燥的真空环境中运行：没有液氮、没有液氦，完全不使用任何液体。”Dimston 说道，“这是首个摆脱低温液体各种挑战的机械测试平台。”

LESTR采用了一种全新的方式：利用高功率制冷设备——低温冷却机（cryocooler）——在不使用任何液体的情况下移除热量，从而创造出机械测试领域首个“干式”低温测试环境。Dimston表示，这种新型测试平台不仅比传统方法更安全、成本更低，还能让科学家在更广泛的温度范围内测试材料。

“摆脱液态低温制冷剂后，你不再需要杜瓦罐、加热器、阀门等专用设备。”Dimston说，“同时也不再需要氧气置换监测器和其他复杂安全系统，因为没有这些低温液体，它们就没有存在的必要了。”

目前，Dimston和他的团队正在与NASA各个项目合作，利用这一新设备对材料进行严苛测试。团队已经开始测试未来可能用于下一代宇航服织物的纱线材料，同时还在开发新型火星车轮胎材料，包括一种“形状记忆合金”——这种金属即使在弯曲、拉伸、加热和冷却之后，也能够恢复原状。

这种形状记忆合金技术未来可能帮助月球车和火星车在崎岖不平、布满岩石的地表上行驶，而无需担心爆胎问题。

文中图片展示的是一台高大的工业测试设备，主体由银灰色金属结构组成，中央是圆柱形测试舱。多条电缆和管线连接其中，包括银色编织线缆以及橙色、黄色线路。设备拥有垂直支撑柱和黑色底座，背景则是实验室环境，包括白色砖墙、天花板管道以及工作台和椅子。

NASA的研究人员花费了两年多时间设计并建造了这项技术的首个版本——LESTR 1，目前他们正在建造它的“孪生设备”LESTR 2。通过与Fort Wayne Metals的合作，NASA已将LESTR 1运送到该公司位于美国印第安纳州韦恩堡的设施中。那里的专家将利用它来测试形状记忆合金材料在月球极端低温环境中的性能。详情请见：网页链接