【中國科學(xué)報(bào)】近5年來，他們潤滑了677顆“星辰”
劉維民（右二）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
在對(duì)浩瀚宇宙的探索中，有這樣一群人，用智慧和汗水鑄就中國空間潤滑材料與技術(shù)的輝煌，他們就是近日榮獲第五屆中國科學(xué)院科苑名匠稱號(hào)的“空間潤滑材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)”。
自中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所（以下簡稱蘭州化物所）成立之初，老一輩科學(xué)家們便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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。進(jìn)入新世紀(jì)，隨著國家航天事業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)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(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)運(yùn)而生。
他們從微觀層面深入揭示摩擦化學(xué)、摩擦物理和材料損傷防護(hù)的奧秘，成功發(fā)展出高性能的空間潤滑和防護(hù)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)帶來了革命性變化，更為我國航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展鑄就了堅(jiān)實(shí)的后盾。?
風(fēng)云二號(hào)緊急呼叫
1958年，蘭州化物所剛剛成立，科研人員就在老一輩科學(xué)家陳紹澧、黨鴻辛的帶領(lǐng)下，開始了摩擦磨損與潤滑的研究工作。
隨著航天科技的不斷發(fā)展，蘭州化物所瞄準(zhǔn)空間摩擦學(xué)這一國際前沿領(lǐng)域，決定組建一個(gè)專門的空間潤滑材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)。
這個(gè)團(tuán)隊(duì)由中國科學(xué)院院士、蘭州化物所研究員劉維民領(lǐng)銜，會(huì)聚了王齊華、周峰、陳建敏等10名學(xué)術(shù)帶頭人，以及近百名研究人員和工程師。
時(shí)間回到2003年6月的一天，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員陳桂林的一個(gè)求助電話，打給了時(shí)任蘭州化物所副所長劉維民。
“當(dāng)時(shí)超期服役的風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星，突然遭遇機(jī)械故障，消像旋組件部分卡死，而問題的根源竟指向了一個(gè)看似微小卻至關(guān)重要的問題——潤滑失效。”蘭州化物所黨委書記王齊華告訴《中國科學(xué)報(bào)》。
風(fēng)云二號(hào)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)的硅油。然而，蘭州化物所10年前已將主要科研精力轉(zhuǎn)向了固體潤滑。面對(duì)風(fēng)云二號(hào)的緊急求助，重啟航天潤滑油研發(fā)項(xiàng)目的任務(wù)擺在了劉維民面前，這無疑是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。
劉維民沒有退縮，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。”
劉維民連夜召集團(tuán)隊(duì)成員，商討重啟潤滑油研發(fā)的計(jì)劃。他深知，要完成這項(xiàng)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(yàn)。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(qǐng)回實(shí)驗(yàn)室，與他們一起還原過去的合成技術(shù)，并將技術(shù)傳授給年輕的科研人員。
為討論設(shè)計(jì)思路，試驗(yàn)新的潤滑配方，團(tuán)隊(duì)成員們常常通宵達(dá)旦地工作。一次次失敗不僅沒有讓他們氣餒，反而堅(jiān)定了他們攻克難關(guān)的決心。經(jīng)過無數(shù)次的試驗(yàn)與改良，他們終于成功研發(fā)出新的潤滑劑，其抗磨損性能比原有產(chǎn)品提高至少5倍。
這次成功，不僅解了風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星的燃眉之急，而且使團(tuán)隊(duì)面向空間固體潤滑和空間液體潤滑需求，發(fā)展了固體-液體復(fù)合潤滑材料技術(shù)，陸續(xù)設(shè)計(jì)出4個(gè)系列、10余種航天潤滑油脂。
讓五星紅旗在月球上飄揚(yáng)
2020年12月，順利完成月面自動(dòng)采樣的嫦娥五號(hào)即將返程。在起飛前，一面鮮艷的五星紅旗在月球上緩緩展開，這是繼嫦娥三號(hào)、四號(hào)任務(wù)后，五星紅旗又一次展現(xiàn)在月球表面，同時(shí)也是五星紅旗第一次在月表動(dòng)態(tài)展示。
而蘭州化物所研究員陳建敏團(tuán)隊(duì)的任務(wù)，就是確保在月球高真空環(huán)境下，國旗支架不會(huì)因?yàn)槔浜付鵁o法正常展開。
什么是“冷焊”？“在太空的高真空環(huán)境下，金屬表面會(huì)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(huì)發(fā)生整體黏著，這就是冷焊現(xiàn)象。”王齊華說。
冷焊現(xiàn)象在太空中普遍存在，可能給航天器的運(yùn)動(dòng)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。
面對(duì)這一難題，陳建敏帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)迎難而上。他們不斷嘗試模擬外太空的環(huán)境，針對(duì)展開系統(tǒng)質(zhì)輕、件小、壁薄、精度高等要求，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和論證。
“團(tuán)隊(duì)利用多官能團(tuán)的活性樹脂對(duì)高強(qiáng)度樹脂進(jìn)行了改性，通過反復(fù)試驗(yàn)和調(diào)整材料參數(shù)，不斷優(yōu)化解決方案。從2013年接到任務(wù)到2020年國旗成功展開，我們歷經(jīng)7年，進(jìn)行了30余次實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和9次地面模擬試驗(yàn)。”陳建敏說。
“頂天立地”勇攀科技高峰
近日，蘭州化物所71件艙外暴露實(shí)驗(yàn)裝置及科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品隨神舟十七號(hào)載人飛船返回艙返回地面。該批艙外暴露實(shí)驗(yàn)裝置和樣品已在軌實(shí)驗(yàn)滿一年，主要包括18臺(tái)套動(dòng)態(tài)摩擦學(xué)裝置和134件靜態(tài)潤滑材料樣品。
據(jù)悉，此次不僅進(jìn)行了潤滑材料靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，還開展了動(dòng)態(tài)摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)，包括球盤摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)和首次軸承實(shí)驗(yàn)。艙外暴露實(shí)驗(yàn)樣品包含固體潤滑材料和新型超分子凝膠潤滑材料。此次空間站艙外飛行實(shí)驗(yàn)也是世界上首次液體潤滑材料的空間摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。
近5年來，該團(tuán)隊(duì)為“問天”“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙、“神舟”系列載人飛船、“天舟”系列貨運(yùn)飛船、“長征”系列運(yùn)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(cè)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)穩(wěn)步前進(jìn)。
“未來，團(tuán)隊(duì)將深入研究摩擦、磨損的機(jī)理，探索實(shí)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(tuán)隊(duì)將關(guān)注潤滑材料技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)智能化或自適應(yīng)變工況條件，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。?
團(tuán)隊(duì)計(jì)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(shí)，推動(dòng)與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(jì)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(tuán)隊(duì)未來的重點(diǎn)研究方向。
來源：《中國科學(xué)報(bào)》 (2024-06-12 第3版?綜合)
