太空极端环境是检验航天材料性能的天然试验场，直接决定着航天器在轨服役的稳定性、可靠性与使用寿命。2026年3月，中国空间站第四次材料舱外暴露实验正稳步在轨开展，此次实验覆盖8个科学研究项目共26个单元样品，是空间站材料舱外暴露实验装置入轨以来的又一次重要探索。自2022年天舟五号搭载实验装置入轨至今，中国已完成三批次样品的暴露实验，斩获多项国际首次成果，为中国航天材料研发与重大航天工程实施夯实材料基础。
何为舱外暴露实验？极端太空环境的材料试炼场
空间站舱内的微重力环境能完成诸多地面难以实现的科学实验，但对于航天材料研发而言，仅微重力远远不够。航天装备在轨运行中，需直面超高真空、强宇宙辐射、±100℃极端温差、原子氧腐蚀、微流星体撞击等复杂环境，这些极端条件会导致材料发生结构损伤、性能衰退甚至功能失效，直接影响航天器的服役寿命。
舱外暴露实验，正是将实验材料直接置于航天器舱外的真实太空环境中，利用太空的多重复杂影响因素，观测材料的物理、化学变化，航天员与地面科研团队同步收集实验数据，分析样本变化机理、解析背后规律的重要研究手段。为满足这类实验需求，科研人员专门设计了空间站舱外暴露平台，成为开展材料科学与辐射生物学实验的核心载体，也让中国得以在近地轨道开展高精度的太空材料实证研究。
空间站舱外暴露平台主要支撑材料实验和生物学实验两大类研究，其中材料舱外暴露实验装置聚焦润滑、热控、膜系镀层、形状记忆、功能涂层、聚合物、复合材料等空间应用材料，开展空间损伤、使役性能测试，以及微重力和真空环境下的空间润滑材料摩擦学实验。科研人员通过“舱外放置-太空考验-取回检测”的完整流程，研判材料的耐太空环境腐蚀性能，进而定向研发性能更优的航天新材料。
四年四批实验，空间站材料研究稳步推进
材料舱外暴露实验装置于2022年11月12日随天舟五号货运飞船发射入轨，自此开启了中国空间站常态化的材料舱外暴露研究，截至目前已完成三批次样品实验，第四批实验正按计划在轨开展。四年时间里累计开展24个科学研究项目、107个无源样品单元的实验研究，形成了循序渐进、层层深入的研究节奏。
首批实验：407件样品随天舟五号上行，2023年3月8日由神舟十五号航天员乘组完成出舱安装，首次实现了中国空间站材料舱外暴露实验的零突破，重点测试了各类材料在高能粒子辐射、极端温差下的结构损伤与性能衰退机制，为后续实验积累了宝贵的基础数据。
第二批实验：样品随天舟七号货运飞船入轨，2024年5月8日由神舟十八号航天员乘组完成安装，样品涵盖被动辐射制冷材料、聚酰亚胺纤维材料、光纤材料、光学薄膜材料及空间用固液复合润滑材料等，进一步拓展了实验材料的种类与研究方向。
第三批实验：样品随天舟八号货运飞船上行，2024年11月21日由神舟十九号航天员乘组完成出舱安装，与第二批实验形成互补，丰富了太空环境下不同材料的性能研究样本。
第四批实验：目前正在轨开展的第四批实验，样品随天舟八号、天舟九号货运飞船分批上行，共26个单元样品，覆盖空间单晶硅太阳电池的使役特性和改善策略研究等8个科学研究项目，将根据研究需求开展为期1年、2年的长期暴露实验，重点探索核心航天材料的长期太空服役性能。
从短期暴露到长期观测，从单一材料到多元体系，中国空间站材料舱外暴露实验的不断推进，让科研人员得以逐步摸清不同材料在太空环境中的性能演变规律，为材料的太空适用性优化提供了直接的实验依据。
多项国际首次成果，夯实航天材料研发根基
经过三批次实验的深入探索，中国空间站材料舱外暴露实验已取得一系列显著成果，多项研究实现国际首次，不仅填补了相关领域的研究空白，更为中国新型航天材料研发奠定了坚实的理论与实验基础，部分成果已展现出明确的工程应用前景。
抗空间辐射高性能镁合金：轻量化卫星的材料新选择
国际上首次在空间开展高性能不锈镁合金的暴露实验，成功验证了不锈镁合金在太空极端环境中的服役可靠性和稳定性。这类材料兼具轻质、高强度、抗辐射的特性，未来可应用于中国轻量化卫星的电控系统和散热部件，助力卫星实现轻量化设计，提升在轨运行效率。
凝胶复合润滑材料：为月球车运动机构提供长寿命保障
国际上首次开展含液凝胶润滑材料的舱外暴露实验和轴承摩擦学实验，实验数据证实，凝胶/薄膜复合润滑材料在真实空间环境中的服役寿命显著高于现役固体润滑薄膜。这一成果为新型长寿命空间润滑材料的设计和研制奠定了基础，可有力支撑航天技术发展对高性能润滑材料的需求，后续还将推广至月球车运动机构，解决月球极端环境下运动部件的润滑难题。
固-液复合润滑材料：实现太空环境下的近零磨损
国际上首次开展油脂基超润滑/近零磨损润滑材料在真实空间环境中的摩擦学实验，通过固液复合润滑策略，成功实现了滑动摩擦副的近零磨损，并首次揭示了太空环境下的固-液复合润滑机制。该研究可为未来空间超润滑油脂基润滑材料的研制合成提供指导，不仅支撑航空航天润滑材料与技术的发展，还能推动近零摩擦磨损材料在高端装备、先进制造等民用领域的广泛应用。
形状记忆聚合物复合材料：适配重大航天工程可展开结构需求
通过开展形状记忆聚合物及其复合材料的空间站暴露试验，科研人员揭示了多种该类材料的性能演变规律及空间适应性，筛选出可用于可展开结构和锁紧释放结构的优选基材。基于该材料研发的铰链、锁紧释放机构、柔性太阳能电池系统等结构，未来可广泛应用于中国空间站、探月工程、载人登月、行星探测等重大航天工程，为航天装备的轻量化、小型化、可展开化设计提供新的材料解决方案。
材料先行，为深空探索筑牢技术基础
航天工程，材料先行。航天材料的性能直接决定着航天装备的技术上限，更是实现载人登月、行星探测等深空探索任务的核心基础。中国空间站材料舱外暴露实验的持续开展，不仅让中国掌握了大量真实太空环境下的材料性能数据，更构建起一套从材料实验、机理分析到新材料研发、工程应用的完整研究体系。
此次正在开展的第四次实验，重点关注空间单晶硅太阳电池等核心航天材料的长期使役性能，这类研究直接关系到航天器能源系统、探测系统的在轨可靠性，为中国后续深空探索装备的材料选型提供关键依据。而随着实验的持续推进，更多航天新材料的性能将被验证，更多太空材料演变的机理将被解析，这些成果将持续助力中国航天材料的自主研发与创新，推动中国航天材料领域的技术升级。
从近地轨道的空间站，到月球、火星等深空天体，人类的航天探索脚步越走越远，对航天材料的要求也越来越高。中国空间站的舱外暴露实验，正是在极端太空环境中验证航天材料性能的重要手段，通过持续的太空试验与研究，为中国航天事业的高质量发展，为人类深空探索的深入推进，打造出更可靠、更先进、更适配的航天材料。