探索宇宙奧秘 · 理性思考

如果你覺(jué)得家里的灰塵已經(jīng)夠煩人了，那么月球上的灰塵絕對(duì)會(huì)讓你做噩夢(mèng)。

1972年，阿波羅17號(hào)的宇航員哈里森·施密特在回到登月艙后，開(kāi)始不停打噴嚏、流眼淚，喉嚨疼得像感冒了一樣。他把這癥狀稱(chēng)為“月球花粉癥”。罪魁禍?zhǔn)祝褪歉街谟詈椒媳粠нM(jìn)艙內(nèi)的月塵 。

這些微小的顆粒不僅是“過(guò)敏原”，它們粗糙、帶靜電，像無(wú)數(shù)把微小的匕首。它們能磨穿宇航服靴底，卡死機(jī)械關(guān)節(jié)，讓散熱器失效，甚至可能吸入肺部造成長(zhǎng)期傷害 。美國(guó)宇航局曾直言，月塵是月球探索“頭號(hào)環(huán)境公敵”。

現(xiàn)在，科學(xué)家想出了一個(gè)充滿(mǎn)科幻感的解決方案：像《星際迷航》里的飛船那樣，給設(shè)備罩上一層“力場(chǎng)”，把灰塵彈開(kāi)。

這項(xiàng)研究來(lái)自美國(guó)佐治亞理工學(xué)院，發(fā)表在2026年的《宇航學(xué)報(bào)》上 。他們開(kāi)發(fā)的裝置叫做“柔性電動(dòng)力防塵盾”。

其原理并不神秘，它利用的是“電簾效應(yīng)”。簡(jiǎn)單說(shuō)，就是在材料表面嵌入電極，通電后形成一個(gè)電場(chǎng)。

當(dāng)帶靜電的月塵飄過(guò)來(lái)時(shí)，電場(chǎng)會(huì)像一只無(wú)形的手，把它們推開(kāi)或彈走。這就像給設(shè)備穿上了一件隱形的“電斗篷”，讓灰塵無(wú)法近身。

過(guò)去這類(lèi)防塵盾都是硬質(zhì)的，只能保護(hù)平板狀的太陽(yáng)能板。但月球基地有弧形的艙體、不規(guī)則的儀器，還有需要活動(dòng)的機(jī)械臂，硬質(zhì)盾顯然不夠用。

佐治亞理工團(tuán)隊(duì)這次的核心突破，就是讓防塵盾變得柔軟、可彎曲。

為了讓防塵盾“軟”下來(lái)，團(tuán)隊(duì)測(cè)試了兩種材料。

第一種是銅。銅是導(dǎo)電性能極佳的金屬，成本低，可以做成很薄的柔性電路貼在曲面上。實(shí)驗(yàn)顯示，只要施加3千伏以上的高壓，銅基防塵盾能清除掉表面超過(guò)90%的已沉降灰塵 。

但它有個(gè)致命傷：怕反復(fù)彎折。金屬會(huì)“疲勞”，彎幾次就可能斷裂。所以它更適合貼在固定不動(dòng)的地方，比如棲息艙的外壁。

第二種材料就更有趣了，它是一種納米復(fù)合材料，叫“化學(xué)改性還原氧化石墨烯”。它像塑料一樣柔韌，能經(jīng)受反復(fù)的彎曲和震動(dòng)，特別適合用在需要頻繁活動(dòng)的部件上，比如機(jī)器人的關(guān)節(jié)或可展開(kāi)的太陽(yáng)能帆板 。

不過(guò)這種新材料的除塵效率目前約60%，遜色于銅?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)槭╇姌O缺少一層絕緣涂層，導(dǎo)致放電打火，影響了性能 。這也指明了下一步的改進(jìn)方向。

好消息是，在模擬“動(dòng)態(tài)落塵”（也就是一邊落灰一邊除塵）的實(shí)驗(yàn)中，兩種材料都能阻擋絕大部分灰塵附著，證明了它們?cè)陂L(zhǎng)期防護(hù)上的潛力 。

回顧歷史，人類(lèi)對(duì)付月塵的方法經(jīng)歷了“三級(jí)跳”。

最初是“被動(dòng)挨打”。阿波羅時(shí)代，宇航員只能帶刷子上月球，試圖把灰塵刷掉。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，因?yàn)殪o電吸附太強(qiáng)，刷子根本刷不干凈，反而把灰塵“刷”得到處都是，加劇了問(wèn)題 。

然后是“被動(dòng)防御”。科學(xué)家開(kāi)始研究特殊涂層，讓表面不那么容易粘灰。但這種方法效果有限，且容易被尖銳的月塵劃傷失效。

現(xiàn)在，我們進(jìn)入了“主動(dòng)出擊”的時(shí)代。電動(dòng)力防塵盾不再是等著灰塵落下，而是主動(dòng)建立“力場(chǎng)”把灰塵拒之門(mén)外。2025年3月，美國(guó)螢火蟲(chóng)航空航天公司的“藍(lán)幽靈”著陸器，已經(jīng)將一個(gè)硬質(zhì)電動(dòng)力防塵盾實(shí)驗(yàn) payload 送到了月球表面，并成功運(yùn)行 。這是該技術(shù)首次在真實(shí)的月球環(huán)境中接受考驗(yàn)。

而喬治亞理工的這次突破，就是要把這場(chǎng)“主動(dòng)防御戰(zhàn)”從平面戰(zhàn)場(chǎng)，延伸到所有需要保護(hù)的復(fù)雜表面上去。

中國(guó)的讀者最關(guān)心的，當(dāng)然是我們自己在這場(chǎng)“防塵戰(zhàn)”中處于什么位置。答案是：我們不僅在場(chǎng)，而且正在從多個(gè)維度發(fā)起進(jìn)攻。

在基礎(chǔ)材料研究上，中國(guó)科學(xué)家拿出了漂亮的方案。西安電子科技大學(xué)聯(lián)合多家單位，在2024年提出了一種用納秒激光在鋁表面構(gòu)筑微觀結(jié)構(gòu)的方法。他們通過(guò)原子力顯微鏡實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)這種經(jīng)過(guò)激光處理的表面，能讓月塵顆粒的粘附力下降52% 。這是一種完全被動(dòng)的防塵技術(shù)，不需要耗電，為防塵家族提供了另一種思路。

在裝置支撐上，我們有“地面空間站”。由哈爾濱工業(yè)大學(xué)牽頭建設(shè)的“空間環(huán)境地面模擬裝置”已投入使用，其中的“月塵艙”可以模擬帶電、真空、低溫的綜合月塵環(huán)境 。這意味著，任何中國(guó)研發(fā)的新材料和新技術(shù)，都可以在這里先進(jìn)行最真實(shí)的地面考核，不必等到了月球再發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

在系統(tǒng)方案上，我們也在積極探索。同樣是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，在2024年的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上，提出了針對(duì)高濃度揚(yáng)塵的綜合電場(chǎng)技術(shù)方案，主張將電動(dòng)防塵、靜電力除塵等多種手段結(jié)合起來(lái)，針對(duì)不同的設(shè)備和場(chǎng)景“對(duì)癥下藥” 。

可以說(shuō)，在應(yīng)對(duì)月塵這場(chǎng)戰(zhàn)役中，中國(guó)科學(xué)家正在材料、裝置、系統(tǒng)等多個(gè)維度同步推進(jìn)，與世界頂尖水平并跑，甚至在某些基礎(chǔ)研究層面形成了自己的特色。

月塵是人類(lèi)重返月球路上的最后一道小障礙，但也是最棘手的一個(gè)。從阿波羅宇航員的噴嚏，到如今柔性“力場(chǎng)”的誕生，我們用了50多年。

佐治亞理工的這項(xiàng)研究，讓我們離在月球上安心居住的夢(mèng)想又近了一大步。也許用不了多久，無(wú)論是中國(guó)的嫦娥登月艙，還是美國(guó)的阿爾忒彌斯計(jì)劃基地，都會(huì)貼滿(mǎn)這種靈活的“防塵貼膜”。到那時(shí)，宇航員們或許可以少打幾個(gè)噴嚏了。