瑞士复合材料企业CompPair与瑞士CSEM、比利时公司Com&Sens正与欧洲航天局（ESA）合作，推动可自修复航天器结构的工程化应用。相关工作聚焦将自修复碳纤维复合材料改造并验证其在空间运输领域的适用性。

该合作项目名为“卡桑德拉”（CASSANDRA，为Composite Autonomous SenSing AnD RepAir缩写），核心思路是在复合碳纤维材料中集成传感器与加热元件，使结构在出现早期损伤时具备自主感知与修复能力。项目隶属于ESA未来空间运输创新研究（FIRST!）计划，后者旨在筛选并测试可为欧洲空间运输带来价值的创新技术。

复合材料在航天结构中的挑战

碳纤维增强聚合物等复合材料因强度高、重量轻且耐腐蚀，正被更广泛用于航天器结构。这类材料通常由聚合物基体与碳纤维或玻璃纤维层构成。不过，在反复往返太空等使用条件下，复合材料可能出现损伤，小裂纹也可能随时间扩展。相关修复往往成本高、耗时长，并可能影响结构完整性。

在此背景下，CompPair开发了名为“HealTech”的自修复复合材料方案。该材料通过加热激活内部修复剂，使其流动并修复由冲击或应力引发的损伤。

光纤传感网络与加热系统的集成验证

项目团队将光纤传感器网络集成到采用HealTech树脂浸渍的纤维中，形成复合结构原型。传感器用于对结构损伤进行精确定位；在检测到损伤后，结构通过集成的3D打印铝网格加热至100至140摄氏度，以触发自修复过程。

据介绍，团队已对不同尺寸的材料样本开展测试，样本尺寸从2×10厘米到40×40厘米不等。测试重点包括损伤监测效果、加热均匀性以及自修复性能。同时，项目还进行了热冲击测试，以观察材料在低温燃料罐典型条件下的响应。

下一阶段，测试将进一步扩展至更大形状的适配验证，例如完整的低温燃料罐。

面向可重复使用运载火箭的潜在应用

项目方认为，该材料有望减少航天任务产生的废弃物，并适用于可重复使用运载火箭等场景。ESA的Bernard Decotignie表示，将该技术应用于相关系统将为空间运输带来显著益处，有助于开发可重复使用的空间基础设施并降低任务成本，并称这体现了欧洲创新对航天领域的贡献。

CompPair首席技术官Robin Trigueira称，该项目提升了未来航天器与运载火箭的自主性与耐久性，是公司进入航天领域的重要一步。

CompPair研发主管Cecilia Scazzoli表示，团队已证明配备健康监测与加热系统的HealTech复合材料具备自主损伤感知与修复能力，并对微裂纹具有较高抵抗力，使其更契合推进剂罐及可重复使用空间结构的严苛要求，为更轻、更易维护的航天器部件应用铺路。