在自然界，有一类奇妙的金属，它们在常温下是液体，可以像水一样自由流动，但却拥有金属的特性，同时当温度降低时，它们可以从液态转变为固态，从而展现出更为典型的金属特性，这样的金属在太空如何做实验呢？

就在28日，中国载人航天工程办公室发布了“太空实验室”的最新动态，对“首次液态金属空间热管理在轨试验”进行了揭秘。

空间站里的高效“散热术”

2023年8月18日，中国载人航天工程办公室召开载人航天工程空间应用与发展情况介绍会。“首次液态金属空间热管理在轨试验”作为近期在空间站开展的航天技术试验之一，获得了广泛关注。本次试验取得了哪些试验成果？未来将如何应用？

航天技术试验领域液态金属热管理试验装置由中国科学院理化技术研究所研制，安装于空间站梦天实验舱航天基础试验机柜内，采用低熔点、生物安全性高且化学特性稳定的铋基金属，在空间微重力环境下开展流动散热和相变控温技术的特性研究和试验验证。

液态金属是什么？试验涉及哪些原理？

液态金属是一种不定型、可流动的液体金属，它是一系列低熔点金属以及合金材料的统称，在室温或较低的加热温度下呈液态并且兼具流动性，具有导电性强、导热率高、粘度低和液态温区广等特点。本次试验主要用到液态金属的两种散热原理，即对流换热和固液相变热控。

对流换热就是液态金属流过发热的表面，吸收表面热量，使发热表面的温度维持在某一合适的值，吸收热量的液态金属会升温，在某一散热装置内将热量传给环境后恢复到初始温度，从而再次流过发热表面，实现循环流动；

固液相变热控是安装在发热表面上的相变热沉在吸收热量后熔化，从固态变成液态，熔化过程吸收热量但温度不变，从而将发热表面控制在某一合适的温度，当发热表面不再工作时，液态金属又逐渐凝固成固态，凝固过程温度不变但会释放热量，这些热量逐渐散到环境中，完全凝固后的金属又准备迎接发热表面的下一次工作，固液相变热控用的金属材料拥有较低的熔点，一般在100℃以下，可以按照需求调整。

本项目在液态金属对流散热和相变控温方面获得的成果主要针对高热流密度电子器件的持续性发热或间歇性高负荷发热等工程热控需求，随着人工智能技术、虚拟现实技术和高通量图像处理技术等领域的持续发展，具备这些功能的电气设备的功率密度持续增加，为保障电器元件在高负荷工况的工作性能，需要采用更加高效、简洁和可靠的散热技术，本项目涉及的两项液态金属散热技术就是针对这种工业需求开展的试验验证，在多个领域均有望发挥重大作用。

液态金属在航天科技中的应用

液态金属在航天科技中的应用确实引起了广泛的关注和兴趣。液态金属，也被称为金属玻璃或非晶金属，具有许多独特的性能和特点，使它在航天领域展现出巨大的潜力。

液态金属具有优秀的导热性能和高的熔点，使其能够承受极端温度条件下的应用。这使得液态金属可以有效地用于制造航天器的热控制系统，例如热导管和热交换器，以确保航天器在空间中的温度稳定，并有效地散热。

液态金属还具有较高的密度和强度，使其成为制造航天器结构材料的理想选择。由于其流动性和可塑性，液态金属可以方便地注入复杂的形状和薄壁结构中，从而减轻航天器的重量，并提高其结构的强度和刚度。

液态金属还具有很好的耐腐蚀性和抗疲劳性能，这对于航天器长期在恶劣环境中运行具有重要意义。液态金属的耐腐蚀性使其能够抵御宇宙空间中的气体和辐射环境对材料的腐蚀损伤，而其抗疲劳性能则可以延长航天器的使用寿命。

除了这些优点液态金属还具有液态可流动性和变形能力的特点，使其在航天器的连接和形变部件中具有潜在的应用。例如，液态金属可以用作可变形的连接器或电子组件的填充材料，以适应航天器在不同工作状态下的结构变化。

液态金属在航天科技中的应用具有广阔的前景。其独特性能和多功能特点为航天领域带来了前所未有的创新和突破，同时也为我们开辟了更多在太空探索和航天技术领域的可能性。

轻质高强，提升火箭性能

液态金属由于其出色的轻质高强特性，在航天领域中被广泛应用，可以在一定程度上减轻火箭的质量，从而提高推进剂有效载荷。

相对于传统的材料如铝和钛合金液态金属具有更高的密度和较高的强度。这意味着使用液态金属可以制造更轻薄的结构，同时保持足够的刚性和耐力。这种减轻质量的能力是非常重要的，因为火箭的有效载荷和性能直接受到其总质量的限制。

通过使用液态金属火箭的结构可以更加紧凑和轻量化，使得航天器能够携带更多的推进剂或有效载荷。这对于航天任务来说至关重要，因为推进剂的数量决定了火箭的速度和航天器的终点位置，有效载荷的增加意味着可以进行更多的科学研究或将更多的卫星送入轨道。

由于液态金属的高强度它还可以用于制造高压液体推进剂（如液体氧和液氢）的储存和传输系统。液态金属的优秀机械性能使得储存推进剂的容器可以更加坚固和轻量化，提高了燃料的利用效率和推进系统的可靠性。

液态金属作为轻质高强材料，具有显著减轻火箭质量、提高推进剂有效载荷的潜力。它是航天科技中的一项重要创新，为火箭设计和运载能力提供了新的突破和可能性。

使用液态金属制造火箭的燃料箱、推进剂容器等部件确实可以带来一些优势，在某些情况下可以实现更高的推进力和更长的航程，从而大幅度提升航天器的发射性能。

液态金属具有较高的密度和较高的燃烧热值，这意味着在相同体积内可以储存更多的燃料。通过使用液态金属作为燃料箱和推进剂容器的材料，可以提高有效载荷的质量，并在有限的空间内存储更多的推进剂。这将导致更大的推力和更长的航程，使航天器能够到达更远的目标或承载更重的有效载荷。

液态金属的高导热性能使得推进剂更加稳定。燃料在推进剂容器中的热量传递得更快，从而避免了燃料过热或局部过热的情况。这对于航天器的可靠性和安全性非常重要，尤其是长时间的航天任务或高功率的推进系统。

液态金属的独特性能还可以为火箭提供更灵活的设计和操作。由于液态金属的可流动性和可塑性，推进剂容器可以设计成更复杂的形状，并可以适应不同的燃料消耗速率和压力变化。这样一来，可以优化火箭的动力特性和飞行效率，进一步提高推进力和航程。

使用液态金属也面临一些挑战和限制。液态金属的高密度可能增加火箭的整体重量，而液态金属的高熔点可能会对火箭结构材料的选择和耐热性提出更高的要求。液态金属的成本和制造工艺也需要考虑。

使用液态金属制造火箭的燃料箱、推进剂容器等部件可以在一定情况下实现更高的推进力和更长的航程，从而提升航天器的发射性能。然而，具体的应用还需要综合考虑材料的特性、设计要求和经济可行性等因素。

耐腐蚀性能，增加航天器寿命

液态金属具有出色的耐腐蚀性能，可以抵御极端环境中的腐蚀和腐蚀性气体的侵蚀。液态金属能够形成一种致密且稳定的氧化膜，可以防止氧气和水汽等氧化性介质对金属内部的进一步腐蚀。这使得液态金属能够在空气和水中表现出较好的抗氧化性能。

液态金属对酸碱介质具有较好的抵抗能力。它可以抵御酸性介质（如硫酸、盐酸）和碱性介质（如氢氧化钠、氢氧化钾）对金属表面的腐蚀，因为液态金属的氧化膜可以有效隔离金属与酸碱介质的接触。

液态金属对盐溶液具有很好的抗腐蚀性能。它可以抵御海水、盐湖等含盐介质中的腐蚀作用，因为液态金属的氧化膜可以阻止盐分进一步侵蚀金属表面。液态金属能够抵御一些腐蚀性气体，如硫化物、氯化物等的侵蚀。它不容易与这些气体发生化学反应，从而减少了金属被侵蚀的可能性。

液态金属的耐腐蚀性能使得它在许多领域得到应用，特别是在极端环境下，如航天器、核工业、化工等领域。它可以提供持久的耐用性和可靠性，同时减少维护成本和延长设备的使用寿命。

液态金属的耐腐蚀性也会受到一些因素的影响，如温度、气体浓度、接触物质等。因此在具体应用中需要综合考虑环境条件和金属材料的特性，进行适当的保护和选择。

通过使用液态金属制造航天器的结构部件，可以有效延长航天器的使用寿命，降低维修频率和成本。液态金属具有良好的强度和耐疲劳性能，可以在长期的使用和恶劣环境下保持结构的稳定性。相对于传统的材料如铝和钛合金，液态金属的结构部件可以更好地抵抗载荷和振动，从而减少疲劳损伤和应力集中。

液态金属具有出色的耐腐蚀性能，可以抵御极端环境中的腐蚀和氧化作用。这可以减少结构部件的腐蚀损伤，防止材料的退化和衰减，从而提高航天器的可靠性和使用寿命。

液态金属相对于传统材料具有更高的密度，这意味着同样体积的结构部件可以承受更大的载荷，减少结构重量。通过减轻航天器的重量，可以降低燃料消耗和提高有效载荷，延长航天器的使用寿命和运行能力。

液态金属可以方便地注入复杂的形状和薄壁结构中，易于加工成各种需要的结构部件。这使得设计师能够实现更高效的结构设计，降低零部件数量和组装工艺，减少潜在的质量问题和故障点，从而提高航天器的可靠性和使用寿命。

通过使用液态金属制造航天器的结构部件，可以降低维修频率和成本。它们具有更长的寿命和更少的维修需求，减少了航天器在使用过程中的停机时间和维护困难。这将显著降低航天器的运营成本，提高任务的成功率和经济效益。

液态金属在制造和加工过程中也面临一些技术挑战和工艺要求。合适的工艺和技术措施是确保液态金属结构部件质量和可靠性的重要因素，这需要综合考虑材料特性、设计要求和制造工艺。

文章来源： 杨子晚报，奇闻馆长A，中国载人航天