【科學(xué)網(wǎng)】星辰潤滑者：空間潤滑材料與技術(shù)研究團隊
在浩瀚宇宙的探索中，有這樣一支團隊，用智慧與汗水鑄就了中國空間潤滑材料與技術(shù)的輝煌。他們就是榮獲第五屆科苑名匠稱號的“空間潤滑材料與技術(shù)研究團隊”。
自研究所成立之初，老一輩科學(xué)家們便矢志不渝地投身于摩擦磨損與潤滑研究，為我國的“兩彈一星”事業(yè)奠定了堅實基礎(chǔ)。進入新世紀(jì)，隨著國家航天事業(yè)的飛速發(fā)展，對高性能潤滑材料的需求日益迫切。空間潤滑材料與技術(shù)研究團隊?wèi)?yīng)運而生，肩負(fù)著為載人航天、探月工程等重大科技任務(wù)提供潤滑保障的重任。
在劉維民院士的引領(lǐng)下，他們從微觀層面深入摩擦化學(xué)、摩擦物理和材料損傷防護的奧秘，成功發(fā)展出高性能的空間潤滑和防護材料，以及減摩與抗磨技術(shù)。這些成果不僅為高技術(shù)及民用工業(yè)帶來了革命性的變化，更為我國航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展鑄就了堅實的后盾。
劉維民院士等討論未來空間飛行器用特種潤滑材料與技術(shù)。蘭州化物所供圖。
“風(fēng)云二號”緊急呼叫
1958年，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所（以下簡稱蘭州化物所）剛剛成立。在老一輩科學(xué)家陳紹澧、黨鴻辛的帶領(lǐng)下，這里便開始了摩擦磨損與潤滑的研究工作。經(jīng)過數(shù)十年幾代人的積累與沉淀，這個研究所逐漸形成了自己獨特的科研風(fēng)格和深厚的學(xué)術(shù)底蘊。
隨著國家對航天事業(yè)的日益重視，特別是“兩彈一星”的輝煌成就，研究所黨委深刻意識到，作為國家的“國家隊”和“國家人”，必須承擔(dān)起更多的責(zé)任和使命。于是，他們瞄準(zhǔn)了空間摩擦學(xué)這一國際前沿領(lǐng)域，決定組建一個專門的空間潤滑材料與技術(shù)研究團隊。
這支團隊以中國科學(xué)院院士、蘭州化物所學(xué)委會主任劉維民研究員為領(lǐng)銜，匯聚了王齊華、周峰、陳建敏等10名帶頭人，以及近百名高級、中級、青年研究人員和工程師。共同擔(dān)負(fù)起為載人航天、探月工程、國際空間站等提供高性能潤滑材料的重任。
時間回到2003年6月的一天，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所陳桂林院士的一個求助電話打給了時任蘭州化物所副所長的劉維民研究員。
“當(dāng)時超期服役的風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星，突然遭遇機械故障，而問題的根源竟是指向了一個看似微小卻至關(guān)重要的環(huán)節(jié)——潤滑失效，導(dǎo)致了消像旋組件的部分卡死。”蘭州化學(xué)物理研究所黨委書記王齊華告訴《中國科學(xué)報》。
風(fēng)云二號所依賴的航天用潤滑油，正是蘭州化物所自20世紀(jì)70年代起便致力于研發(fā)的114硅油。然而，歲月流轉(zhuǎn)，科技更新，蘭州化物所在過去的十年里，已將主要科研精力轉(zhuǎn)向了固體潤滑的研究。面對風(fēng)云二號的緊急求助，重啟航天潤滑油研發(fā)項目的任務(wù)擺在了劉維民面前，這無疑是一項艱巨的挑戰(zhàn)。
但是，劉維民沒有退縮。他深知，作為國家科研機構(gòu)的一員，他們的使命就是服務(wù)于國家的戰(zhàn)略需求，情況緊急，任務(wù)艱巨，他只說了一句話：“我們潤滑科技的發(fā)展，始終立足于滿足國家戰(zhàn)略需求，國家需要什么，我們就做什么。”
劉維民當(dāng)機立斷，連夜召集團隊，商討重啟潤滑油研發(fā)的計劃。他深知，要完成這項任務(wù)，需要集結(jié)全所之力，更需要老一輩科研人員的智慧與經(jīng)驗。于是，他親自出馬，將已經(jīng)退休的段玉容、潘光明等老一輩科學(xué)家請回實驗室，與他們一起還原過去的合成技術(shù)，并傳授給年輕的科研人員。
隨后，劉維民與團隊成員們進入了緊張的研發(fā)狀態(tài)。他們通宵達(dá)旦地工作，討論設(shè)計思路，試驗新的潤滑配方。一次次的失敗，并沒有讓他們氣餒，反而更加堅定了他們攻克難關(guān)的決心。經(jīng)過無數(shù)次的試驗與改良，他們終于成功研發(fā)出了新的潤滑劑，其抗磨損性能比原有產(chǎn)品提高了至少5倍。
這次的成功，不僅解決了風(fēng)云衛(wèi)星的燃眉之急，更讓團隊的研究重點同時面向空間固體潤滑和空間液體潤滑，并發(fā)展了固體-液體復(fù)合潤滑材料技術(shù)。他們陸續(xù)設(shè)計出4個系列、10余種定型的航天潤滑油脂，這些產(chǎn)品不僅提升了我國航天器的性能與可靠性，更讓核心技術(shù)真正掌握在了中國人自己的手里。
? 陳建敏、周惠娣等開展?jié)櫥雷o涂層空間環(huán)境模擬試驗。蘭州化物所供圖。
讓五星紅旗在月球上飄揚
什么是“冷焊”？
“在太空的高真空環(huán)境下，金屬表面會失去所吸附的氣體等物質(zhì)。如果金屬表面沒有氧化膜，單純是金屬原子，那么兩塊金屬就會發(fā)生整體粘著，這就是冷焊現(xiàn)象。”王齊華說。
據(jù)悉，這種冷焊現(xiàn)象在太空中是普遍存在的，可能會給航天器的運動部件帶來危害，例如導(dǎo)致金屬撕裂、轉(zhuǎn)移，并增加接觸面的粗糙度。
2020年12月4日，嫦娥五號探測器穩(wěn)穩(wěn)地降落在月球表面。在探測器點火起飛前，一面鮮艷的五星紅旗在月球上緩緩展開，這不僅僅是一次國旗的展示，更是中國在月球表面首次實現(xiàn)的“獨立動態(tài)展示”，象征著中國航天事業(yè)的輝煌成就。
與之前的“嫦娥三號”和“嫦娥四號”探測器上噴繪的國旗不同，嫦娥五號攜帶的是一面真正的“織物版”五星紅旗。而這面國旗的背后是對技術(shù)的挑戰(zhàn)。
負(fù)責(zé)這一任務(wù)的是蘭州化物所的陳建敏團隊。他們面臨的最大挑戰(zhàn)是如何在月球上那極低的真空環(huán)境下，確保國旗支架機構(gòu)不會因為冷焊而無法正常展開。一旦支架無法成功展開，那么所有的努力都將付之東流。
面對這一前所未有的難題，陳建敏帶領(lǐng)團隊毫不猶豫地迎難而上。他們不斷嘗試、模擬外太空的環(huán)境，針對展開系統(tǒng)質(zhì)輕、件小、壁薄、精度高和環(huán)境苛刻等要求，進行了大量的試驗和論證。
蘭州化學(xué)物理研究所研究員陳建敏說：“團隊利用多官能團的活性樹脂對高強度樹脂進行了改性，通過反復(fù)試驗和調(diào)整材料參數(shù)，不斷優(yōu)化解決方案。從2013年接受任務(wù)到2020年國旗成功展開，他們歷經(jīng)了7年的艱苦努力，進行了30余次實驗室測試和9次地面模擬實驗。”
最終，在陳建敏團隊的不懈努力下，國旗展開系統(tǒng)的零部件成功完成了防冷焊潤滑處理，五星紅旗終于在月球表面緩緩展開。
?周峰等測試分析某新型離子液體流變學(xué)性能。蘭州化物所供圖。
“頂天立地”勇攀科技高峰
2024年5月13日，周峰研究員負(fù)責(zé)的蘭州化物所71件艙外暴露實驗裝置及科學(xué)實驗樣品隨神舟十七號載人飛船返回艙成功著陸返回地面，該批材料艙外暴露實驗裝置和樣品已在軌實驗滿一年，主要包括18臺套動態(tài)摩擦學(xué)裝置和134件靜態(tài)潤滑材料樣品。
與2008年神舟七號相比，此次不僅搭載了潤滑材料靜態(tài)實驗還開展了動態(tài)摩擦學(xué)實驗，包括球盤摩擦學(xué)實驗和首次軸承實驗。艙外暴露實驗樣品包含固體潤滑材料和新型超分子凝膠潤滑材料。本次空間站艙外飛行實驗也是世界上首次開展的液體潤滑材料的空間摩擦磨損實驗。
? 部分實驗裝置及科學(xué)實驗樣品。蘭州化學(xué)物理研究所供圖。
近五年來，該團隊為我國航天事業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻，為“問天”“夢天”實驗艙、“神舟”系列載人飛船、“天舟”系列貨運飛船、“長征”系列運載火箭等278次發(fā)射任務(wù)的677顆/艘衛(wèi)星、飛船、新型飛行器及深空探測器提供了關(guān)鍵的潤滑材料技術(shù)，有力保障了我國航天事業(yè)的穩(wěn)步前進。
“在未來道路上，團隊將深入研究摩擦、磨損的機理，探索實現(xiàn)近零摩擦（超潤滑）的可能性，以及潤滑材料研究范式的革新方向。”王齊華表示，團隊也將關(guān)注潤滑材料技術(shù)是否能夠?qū)崿F(xiàn)智能化或自適應(yīng)變工況條件，以應(yīng)對日益復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。
空間潤滑材料與技術(shù)研究團隊。蘭州化物所供圖。
團隊計劃突破潤滑基礎(chǔ)原材料及高端潤滑材料產(chǎn)品的制備技術(shù)瓶頸，提高潤滑材料的性能和質(zhì)量。同時，推動裝備同壽命周期潤滑技術(shù)的發(fā)展，提高設(shè)備的整體壽命和性能。此外，多功能潤滑油脂設(shè)計制備技術(shù)、潤滑產(chǎn)品的綠色化及再生利用技術(shù)，以及生命醫(yī)學(xué)潤滑材料等也是團隊未來的重點研究方向。
在談到個人感悟時，團隊負(fù)責(zé)人劉維民院士表示：“國家需要什么，我們就做什么。我們正處在科技創(chuàng)新最好的時代，唯有身懷愛國情懷、不懈努力奮斗，才不負(fù)時代使命。”
