中国科学院院士、西北工业大学教授魏炳波：开启空间材料科学“新纪元”

高温金属材料，尤其是难熔金属，堪称材料研究领域的“珠穆朗玛峰”。这类金属熔点普遍超过2000摄氏度，在地面冶炼时，往往还未加热到位，容器就已先熔化，这一问题长期困扰着全球材料科学界。

太空中的微重力环境，恰好为这一难题提供了解决方案。在空间站中，对难熔合金进行激光加热、熔化、冷却、过冷和凝固实验，可有效规避容器限制，获得地面无法企及的实验条件。

中国科学院院士、西北工业大学教授魏炳波带领团队采用自主设计研制的实验装置，成功获取了难熔合金熔体的关键热物理性质，在空间凝固制备方面取得了多项科学新发现，有力推动了难熔合金研究从地面走向外太空。团队完成的“空间极端条件下高温金属材料超常调制技术与科学实验系统”项目，荣获2025年度国家技术发明奖一等奖。

“该项目历经26年自主设计和研创，采用静电场、超声场和电磁场调控重力场，构建了空间微重力、无容器和深过冷极端条件，国际首创了高温金属材料的超常调制系列技术和科学实验系统，18项核心技术达到国际领先水平。”魏炳波介绍，该项目相关技术已广泛应用于中国空间站材料系统和超常凝固技术领域，标志着我国进入空间材料科学世界前沿。

太空微重力、无容器、深过冷等极端环境，是突破地面材料研发瓶颈的“天然实验场”。自20世纪90年代起，团队立足国家载人航天重大战略需求，摒弃国外既有技术路径，开启空间材料科学研究的自主创新攻坚之路。

“科研的初心从来不是为了获奖，而是打通前沿基础研究与产业发展、经济建设的壁垒，把论文写在祖国大地上。”魏炳波说。团队从零起步，逐一攻克五大技术难关，融合静电场、超声场和电磁场调控手段，成功在地面模拟出太空极端实验环境，建成国内首个、国际领先的天地协同空间材料科研体系，彻底打破欧美航天强国技术垄断。

项目推进过程中，团队坚持边建设、边研制、边研究，从图纸设计到零部件安装、设备调试，团队成员都亲力亲为，所有实验设备均拥有完全自主知识产权。针对国际传统静电悬浮、超声调控、电磁悬浮等技术普遍存在的稳定性差、尺度受限、调控单一、无法模拟太空极端条件等瓶颈，团队逐一突破，最终形成5项功能互补的原创核心技术，构筑起完整的地面实验平台体系。

“传统静电悬浮尺度小、稳定性差、检测维度单一，难以支撑超高温难熔材料研究。”团队成员、西北工业大学物理科学与技术学院教授王海鹏介绍，团队首创大尺度超高温静电悬浮调制技术，实现4006摄氏度超高温、10毫米至15毫米大尺度合金稳定悬浮，并通过六向同步检测精准获取材料热物理参数，解决了国际长期存在的检测误差难题。同时，团队创新远场悬浮与深过冷双联制造技术，突破传统电磁悬浮成形短板，实现公斤级高温金属稳定制备与可控成形，可落地地面模拟太空制造，具备半产业化能力。

超声调控领域同样实现了颠覆性突破。传统一维超声能量衰减快、调控不均，无法精准控制合金凝固过程。团队成员、西北工业大学物理科学与技术学院教授翟薇表示：“我们首创三维超声场极端调制技术，构建三维正交声场动态调控体系，主动优化金属材料凝固组织与力学性能，填补了高温超声精准调控的国际空白。”

此外，团队还攻克了关键配套技术。多重无容器与动态微重力集成调制技术和实验装置，融合多种技术优势，实现材料熔炼、成形、检测一体化，破解了传统设备功能单一的问题；大浮力宽温域超声悬浮调制技术和实验装置，解决传统超声悬浮力弱、温域受限的问题，可适配多品类材料全域实验。

5项核心技术和实验装置协同互补，构筑起体系完整、国际领先的空间材料地面实验平台。目前，整套技术已全面应用于中国空间站无容器材料实验系统，累计支撑数百组太空材料在轨实验。在此基础上，团队先后发现共晶合金解耦生长、微重力液滴特殊凝固结构等新科学规律，精准获取难熔合金关键热物性参数，为我国新一代航空航天高端材料自主研发提供了坚实的理论支撑与技术路径。

这项世界级原创成果，深深扎根于陕西这片创新沃土。“从1993年陕西省科技厅提供的启动资金支持，到后来国家自然科学基金委的持续支持，再到如今的大型仪器专项支持，各级部门的信任与支持，是团队能够三十年如一日坚持下来的重要保障。”魏炳波说，“陕西始终坚持科技长远布局，尊重基础研究、鼓励原始创新，持续为高校科研团队搭建优质平台、完善激励政策、给予充分自由探索空间。正是这种脚踏实地、潜心治学的氛围，让科研人员能够沉下心来啃‘硬骨头’、持之以恒攻坚前沿难题。”

“中国空间站的全面建成，为空间材料科学带来了更广阔前景。”魏炳波表示，“未来我们一定会取得更多国际领先成果，更好服务科技强国建设。”