「宇宙生活圈」商機,日本材料大廠加速佈局次世代太空材料
展望次世代太空開發領域,日本材料廠商相繼投入新材料的研發。由Resonac Holdings開發、具備中子屏蔽功能的材料預計將應用於半導體相關的太空實驗;三井化學則開發了生殖細胞培養套件。隨著太空商業的發展,應用範圍正從衛星逐步擴展至旅遊、居住等與人類「生活」直接相關的領域,各家企業也透過強化技術實力,搶先佈局此一被視為「夢想市場」的新領域。
半導體中子吸收材料提升太空運算能力
2025年10月自日本種子島宇宙中心發射前往國際太空站(ISS)的補給船之中,搭載一台使用半導體封裝材料的實驗裝置,其由Resonac Holdings開發的封裝材料保護,能有效吸收中子。由於宇宙射線在太空中會產生中子,進而可能導致電子設備誤動作,現行太空用半導體設備往往必須採用配線較粗、運算能力較低的設計,以確保穩定性。
Resonac Holdings則運用材料模擬技術,在封裝材料中加入硼元素等成分,與既有材料相比,預期可將到達晶片的中子量抑制約兩成。另已計畫最快於2026年1月在ISS日本實驗艙「希望號」中進行實證實驗,以評估其在實際太空環境下的性能與影響。
若能在太空中穩定使用高性能半導體,將有助於推動如智慧型手機等高階終端設備的應用。Resonac Holdings指出,半導體材料的技術累積將成為企業在太空領域的重要優勢,目前已預定於2026年啟動太空事業計畫,並期許在10年內達到事業化的目標。此外,Resonac Holdings已於2025年10月與美國Axiom Space簽署備忘錄,探索宇宙中的半導體材料製造等可能性。
太空商業化擴大,材料需求進入新階段
隨著SpaceX等民間企業發射次數增加,企業在太空開發中的存在感持續提升。國際太空站(International Space Station; ISS)預計於2030年退役,未來將轉型為由民間為主導的太空基地。另一方面,載人探測也逐漸升溫,美國正在推動自「阿波羅計畫」以來首度的載人登月計畫「Artemis Program」,日本亦參與其中。過去被視為科幻故事的宇宙旅行與太空居住,也開始被視為可實現的服務。
世界經濟論壇(WEF)預測,全球太空相關市場規模將於2035年成長至約1.8兆美元,約為2023年的3倍。隨著太空開發邁入「生活應用」的新階段,材料亦須隨之進化。例如在建造太空資料中心的構想中,熱排放方式成為關鍵課題;而在人類長期滯留太空的情境下,能因應劇烈溫度變化的材料特性也同樣重要。
針對長期居住太空可能對生殖機能造成的影響,相關研究亦開始推進。三井化學開發了可使用於太空細胞培養的專用套件,其技術基礎來自培養用載板「InnoCell」。套件底部採用高透氧性的特殊聚烯烴樹脂薄膜,可保持細胞活性,並具備利於觀察的高透明度。另針對微重力環境,開發了專用的樹脂上蓋。
三井化學希望將此套件導入至日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)研發中的細胞培養裝置。目前JAXA計畫以2028年為目標,將老鼠精子細胞送往太空培養,並在返回地球後評估其對生殖功能的影響。JAXA指出,在人類正式展開長期太空滯留之前,針對生殖細胞進行影響確認極為重要。
三菱化學則開發出含有耐熱溫度達1,500℃之碳纖維的複合材料,並在表層設置阻隔層,防止氧氣侵入以抑制碳材劣化。此項材料預期可應用於升空後以高速往返日本與美國的運輸載具。未來三菱化學計畫進一步將耐熱性能提升至2,000℃以上,並自2026年左右起與JAXA共同進行長時間高溫實驗。
另一方面,各國企業亦積極佈局太空商業。例如美國Sierra Space正在開發利用特殊材料可在太空中建立居住模組;在ISS退役後的民間太空基地建設方面,美國新創企業已搶得先機。
太空材料成為新成長引擎
在石化相關事業獲利惡化、高機能材料領域面臨中國等競爭者追趕的背景之下,日本材料產業亟需開拓新市場。雖然AI半導體相關材料表現亮眼,但長期成長仍仰賴新應用的創造。
太空用材料的研發成果亦可延伸應用至其他領域。三菱化學指出,高耐電漿材料可望應用於核融合領域;三井化學則認為及早投入太空開發,有助於取得製造業中高度關鍵的核心技術。實際上,枕頭使用的低回彈材料或飲料使用的鋁製鑽石切割罐等商品,皆是源自太空技術並成功拓展至民生用途的案例。
日本在太空產業用材料與設備的研發方面長期居於引領地位,政府也持續投入資源扶植。然而,日本國內實驗設施不足,有時導致實用化進程受限。在全球競逐「太空生活圈」材料技術主導權的情勢下,日本將進一步強化產學官合作,加快研發與商業化的步伐。