【科苑群團(tuán)】科苑名匠?星辰潤(rùn)滑者：空間潤(rùn)滑材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)
編者按
5月17日，第五屆中國(guó)科學(xué)院科苑名匠發(fā)布，全院12個(gè)團(tuán)隊(duì)和8名個(gè)人被授予第五屆中國(guó)科學(xué)院科苑名匠稱號(hào)。“科苑群團(tuán)”將陸續(xù)推送系列專訪文章，分享他們?cè)诳蒲械缆飞系某跣氖姑蛫^斗故事。今天推出的是中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所空間潤(rùn)滑材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)的故事。
在浩瀚宇宙中，有這樣一支團(tuán)隊(duì)，用智慧與汗水鑄就了中國(guó)空間潤(rùn)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(hào)的“空間潤(rùn)滑材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)”。
自中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱蘭州化物所）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(rùn)滑研究，為我國(guó)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(guó)家航天事業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)高性能潤(rùn)滑材料的需求日益迫切。空間潤(rùn)滑材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)運(yùn)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(rùn)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(hù)的奧秘，成功發(fā)展出高性能的空間潤(rùn)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(lái)了革命性的變化，更為我國(guó)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。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(rùn)滑的研究工作。經(jīng)過(guò)數(shù)十年幾代人的積累與沉淀，這個(gè)研究所逐漸形成了自己獨(dú)特的科研風(fēng)格和深厚的學(xué)術(shù)底蘊(yùn)。
隨著國(guó)家對(duì)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(shí)到，作為國(guó)家的“國(guó)家隊(duì)”和“國(guó)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(guó)際前沿領(lǐng)域，決定組建一個(gè)專門的空間潤(rùn)滑材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)。
這支團(tuán)隊(duì)以中國(guó)科學(xué)院院士、蘭州化物所學(xué)委會(huì)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(jí)、中級(jí)、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(guó)際空間站等提供高性能潤(rùn)滑材料的重任。
時(shí)間回到2003年6月的一天，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所陳桂林院士的一個(gè)求助電話打給了時(shí)任蘭州化物所副所長(zhǎng)的劉維民研究員。
“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，而問(wèn)題的根源竟是指向了一個(gè)看似微小卻至關(guān)重要的環(huán)節(jié)——潤(rùn)滑失效，導(dǎo)致了消像旋組件的部分卡死。”蘭州化物所黨委書記王齊華告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
風(fēng)云二號(hào)所依賴的航天用潤(rùn)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(guò)去的十年里，已將主要科研精力轉(zhuǎn)向了固體潤(rùn)滑的研究。面對(duì)風(fēng)云二號(hào)的緊急求助，重啟航天潤(rùn)滑油研發(fā)項(xiàng)目的任務(wù)擺在了劉維民面前，這無(wú)疑是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。
但是，劉維民沒(méi)有退縮。他深知，作為國(guó)家科研機(jī)構(gòu)的一員，他們的使命就是服務(wù)于國(guó)家的戰(zhàn)略需求，情況緊急，任務(wù)艱巨，他只說(shuō)了一句話：“我們潤(rùn)滑科技的發(fā)展，始終立足于滿足國(guó)家戰(zhàn)略需求，國(guó)家需要什么，我們就做什么。”
劉維民當(dāng)機(jī)立斷，連夜召集團(tuán)隊(duì)，商討重啟潤(rùn)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)。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(qǐng)回實(shí)驗(yàn)室，與他們一起還原過(guò)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(tuán)隊(duì)成員們進(jìn)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(jì)思路，試驗(yàn)新的潤(rùn)滑配方。一次次的失敗，并沒(méi)有讓他們氣餒，反而更加堅(jiān)定了他們攻克難關(guān)的決心。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)與改良，他們終于成功研發(fā)出了新的潤(rùn)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(tuán)隊(duì)的研究重點(diǎn)同時(shí)面向空間固體潤(rùn)滑和空間液體潤(rùn)滑，并發(fā)展了固體-液體復(fù)合潤(rùn)滑材料技術(shù)。他們陸續(xù)設(shè)計(jì)出4個(gè)系列、10余種定型的航天潤(rùn)滑油脂，這些產(chǎn)品不僅提升了我國(guó)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(guó)人自己的手里。
讓五星紅旗在月球上飄揚(yáng)
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(méi)有氧化膜，單純是金屬原子，那么兩塊金屬就會(huì)發(fā)生整體粘著，這就是冷焊現(xiàn)象。”王齊華說(shuō)。
據(jù)悉，這種冷焊現(xiàn)象在太空中是普遍存在的，可能會(huì)給航天器的運(yùn)動(dòng)部件帶來(lái)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(hào)探測(cè)器穩(wěn)穩(wěn)地降落在月球表面。在探測(cè)器點(diǎn)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(guó)旗的展示，更是中國(guó)在月球表面首次實(shí)現(xiàn)的“獨(dú)立動(dòng)態(tài)展示”，象征著中國(guó)航天事業(yè)的輝煌成就。
與之前的“嫦娥三號(hào)”和“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器上噴繪的國(guó)旗不同，嫦娥五號(hào)攜帶的是一面真正的“織物版”五星紅旗。而這面國(guó)旗的背后是對(duì)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(tuán)隊(duì)。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(guó)旗支架機(jī)構(gòu)不會(huì)因?yàn)槔浜付鵁o(wú)法正常展開。一旦支架無(wú)法成功展開，那么所有的努力都將付之東流。
面對(duì)這一前所未有的難題，陳建敏帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)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(duì)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(jìn)行了大量的試驗(yàn)和論證。
蘭州化物所研究員陳建敏說(shuō)：“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(guò)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年接受任務(wù)到2020年國(guó)旗成功展開，他們歷經(jīng)了7年的艱苦努力，進(jìn)行了30余次實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和9次地面模擬實(shí)驗(yàn)。”最終，在陳建敏團(tuán)隊(duì)的不懈努力下，國(guó)旗展開系統(tǒng)的零部件成功完成了防冷焊潤(rùn)滑處理，五星紅旗終于在月球表面緩緩展開。
“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(shí)驗(yàn)裝置及科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品隨神舟十七號(hào)載人飛船返回艙成功著陸返回地面，該批材料艙外暴露實(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(rùn)滑材料樣品。與2008年神舟七號(hào)相比，此次不僅搭載了潤(rùn)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(rùn)滑材料和新型超分子凝膠潤(rùn)滑材料。本次空間站艙外飛行實(shí)驗(yàn)也是世界上首次開展的液體潤(rùn)滑材料的空間摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。
近五年來(lái)，該團(tuán)隊(duì)為我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，為“問(wèn)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(zhǎng)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(rùn)滑材料技術(shù)，有力保障了我國(guó)航天事業(yè)的穩(wěn)步前進(jìn)。
“在未來(lái)道路上，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(rùn)滑）的可能性，以及潤(rùn)滑材料研究范式的革新方向。”王齊華表示，團(tuán)隊(duì)也將關(guān)注潤(rùn)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(duì)日益復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。
團(tuán)隊(duì)計(jì)劃突破潤(rùn)滑基礎(chǔ)原材料及高端潤(rùn)滑材料產(chǎn)品的制備技術(shù)瓶頸，提高潤(rùn)滑材料的性能和質(zhì)量。同時(shí)，推動(dòng)裝備同壽命周期潤(rùn)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(rùn)滑油脂設(shè)計(jì)制備技術(shù)、潤(rùn)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(rùn)滑材料等也是團(tuán)隊(duì)未來(lái)的重點(diǎn)研究方向。在談到個(gè)人感悟時(shí)，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人劉維民院士表示：“國(guó)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(shí)代，唯有身懷愛(ài)國(guó)情懷、不懈努力奮斗，才不負(fù)時(shí)代使命。”
