载荷舱返回时的画面。中科宇航供图

近日，微重力金属增材制造返回式科学实验载荷在中国科学院力学研究所（以下简称力学所）举行交付仪式。

该载荷由力学所自主研制，于1月12日搭载中科宇航“力鸿一号”遥一飞行器，成功在太空完成金属3D打印实验，制备出金属零部件，整体技术达到世界一流水平。

“这是我国首次基于火箭平台，实施太空金属3D打印实验，第一次在微重力环境下成功打印出完整的金属构件，有力推动了我国太空制造技术的发展，为未来太空基础设施建设提供关键支撑。”载荷总设计师、力学所研究员姜恒说。

为了在太空“过日子”

当前，太空制造已成为全球空间技术竞争的战略高地，太空金属3D打印也是航天经济领域关注的技术热点之一。

“在太空打印金属的核心目的，是要解决未来人类在太空‘过日子’的现实问题。在空间站扩建、深空探测及地外基地建设等长远任务中，原位制造能力将发挥不可替代的作用。”姜恒说。

这一技术可以在太空中建一个“应急修理铺”。“现在空间站所有的东西都得从地面运上去，未来如果去月球、火星，距离远、运费贵，哪怕坏个螺丝，都要耗几个月时间等着地球的补给。太空金属3D打印就是要让航天员缺什么就能直接造，从‘带家当上天’变成‘在天上造家当’。”姜恒说。

不过，与地面3D打印相比，太空金属3D打印的技术难度要大得多。

姜恒介绍，太空金属3D打印的关键技术难度在于，微重力环境下的金属熔凝过程存在失控风险。失重状态使液态金属不受重力与浮力影响，完全由表面张力、毛细力等控制，极易出现熔滴球化、断丝、气泡滞留等问题，对金属成形的精度构成挑战。

“金属丝一熔化，它不是往下流，而是熔成一个小球，还会沿着丝往回爬，非常难以控制。这里面有微重力环境下的流体控制、热传导机制及冶金物理等基础科学难题。”姜恒说。

从“地面研究”到“太空工程验证”

20世纪90年代，国外就布局了从空间站迈向小行星、月球及火星的一系列太空制造任务。近年来，国内逐渐开始加速布局地面验证、火箭实验、在轨太空制造等任务，进入了与国外技术并跑竞争阶段。

2025年《国家航天局推进商业航天高质量安全发展行动计划（2025—2027年）》明确提出，支持商业航天主体围绕太空资源开发利用、太空制造、在轨维护与服务、太空环境监测探测、空间碎片监测预警与减缓清除、太空旅游、太空生物制药等新领域，加强原始创新和关键核心技术攻关、系统开发和应用服务，创新商业模式，发展新兴业态。

姜恒介绍，过去国内实验都是地面实验，主要依靠落塔或失重飞机，通过自由落体创造微重力环境，模拟太空状态的地面实验装置。

“落塔实验可以验证很多技术原理，但它最大的问题是实验时间很短，只有3.6秒。”姜恒说。

此次，实验团队自主研制出微重力金属增材制造返回式科学实验载荷，搭载着“力鸿一号”遥一飞行器，升至距地面120公里的亚轨道，获得了数分钟的实验时间，并在这一时间内成功制备出完整金属零部件。

载荷副总设计师、力学所副研究员徐文帅介绍，任务过程中，团队突破了微重力条件下金属增材制造的物料稳定输运与成形、全流程闭环控制、载荷与火箭高可靠协同等一系列关键技术。

实验结束后，载荷舱经伞降系统平稳着陆回收。科研团队成功获取了太空微重力环境中金属3D打印的熔池动态特征，物料输运、凝固行为等过程的数据，以及太空增材制造金属件的成形精度与力学性能等参数，为我国太空金属增材制造技术的快速迭代积累了宝贵的实验资料。

“该任务标志着我国太空金属增材制造从‘地面研究’阶段迈入‘太空工程验证’的新阶段。”姜恒说。

科研院所与企业的协同创新

在姜恒看来，此次实验的成功，离不开力学所团队与中科宇航团队的协作。

“力鸿一号”总设计师、总指挥史晓宁表示，本次微重力增材制造载荷是“力鸿一号”首飞任务的关键科学载荷。首飞任务不仅完成了从发射、在轨实验到安全返回的全流程闭环验证，更首次在太空环境中实现金属构件的“地外制造”，刻下了我国太空制造技术发展史上的一个关键印记。

“这使得‘力鸿一号’任务超越了火箭技术验证本身，迈入了太空制造能力建设的实证阶段。未来，‘力鸿一号’将继续作为灵活、可靠、低成本的太空实验平台，为更多前沿空间科学实验提供在轨验证能力，为我国深空探测与太空前沿技术自主发展注入创新动力。”史晓宁说。

姜恒表示，力学所与中科宇航联合完成的国内首次太空金属增材制造全流程技术验证，为我国商业航天与科研院所的协同创新提供了典范，标志着我国在该领域已跻身国际前沿，相关技术突破为太空制造从实验走向应用奠定基石。

（原载于《中国科学报》 2026-02-04 第3版 领域）