【科苑群团】科苑名匠 星辰润滑者：空间润滑材料与技术研究团队
编者按
5月17日，第五届中国科学院科苑名匠发布，全院12个团队和8名个人被授予第五届中国科学院科苑名匠称号。“科苑群团”将陆续推送系列专访文章，分享他们在科研道路上的初心使命和奋斗故事。今天推出的是中国科学院兰州化学物理研究所空间润滑材料与技术研究团队的故事。
在浩瀚宇宙中，有这样一支团队，用智慧与汗水铸就了中国空间润滑材料与技术的辉煌。他们就是荣获第五届科苑名匠称号的“空间润滑材料与技术研究团队”。
自中国科学院兰州化学物理研究所（以下简称兰州化物所）成立之初，老一辈科学家们便矢志不渝地投身于摩擦磨损与润滑研究，为我国的“两弹一星”事业奠定了坚实基础。进入新世纪，随着国家航天事业的飞速发展，对高性能润滑材料的需求日益迫切。空间润滑材料与技术研究团队应运而生，肩负着为载人航天、探月工程等重大科技任务提供润滑保障的重任。
在刘维民院士的引领下，他们从微观层面深入摩擦化学、摩擦物理和材料损伤防护的奥秘，成功发展出高性能的空间润滑和防护材料，以及减摩与抗磨技术。这些成果不仅为高技术及民用工业带来了革命性的变化，更为我国航天事业的蓬勃发展铸就了坚实的后盾。
“风云二号”紧急呼叫
1958年，兰州化物所刚刚成立。在老一辈科学家陈绍澧、党鸿辛的带领下，这里便开始了摩擦磨损与润滑的研究工作。经过数十年几代人的积累与沉淀，这个研究所逐渐形成了自己独特的科研风格和深厚的学术底蕴。
随着国家对航天事业的日益重视，特别是“两弹一星”的辉煌成就，研究所党委深刻意识到，作为国家的“国家队”和“国家人”，必须承担起更多的责任和使命。于是，他们瞄准了空间摩擦学这一国际前沿领域，决定组建一个专门的空间润滑材料与技术研究团队。
这支团队以中国科学院院士、兰州化物所学委会主任刘维民研究员为领衔，汇聚了王齐华、周峰、陈建敏等10名带头人，以及近百名高级、中级、青年研究人员和工程师。共同担负起为载人航天、探月工程、国际空间站等提供高性能润滑材料的重任。
时间回到2003年6月的一天，中国科学院上海技术物理研究所陈桂林院士的一个求助电话打给了时任兰州化物所副所长的刘维民研究员。
“当时超期服役的风云二号气象卫星，突然遭遇机械故障，而问题的根源竟是指向了一个看似微小却至关重要的环节——润滑失效，导致了消像旋组件的部分卡死。”兰州化物所党委书记王齐华告诉《中国科学报》。
风云二号所依赖的航天用润滑油，正是兰州化物所自20世纪70年代起便致力于研发的114硅油。然而，岁月流转，科技更新，兰州化物所在过去的十年里，已将主要科研精力转向了固体润滑的研究。面对风云二号的紧急求助，重启航天润滑油研发项目的任务摆在了刘维民面前，这无疑是一项艰巨的挑战。
但是，刘维民没有退缩。他深知，作为国家科研机构的一员，他们的使命就是服务于国家的战略需求，情况紧急，任务艰巨，他只说了一句话：“我们润滑科技的发展，始终立足于满足国家战略需求，国家需要什么，我们就做什么。”
刘维民当机立断，连夜召集团队，商讨重启润滑油研发的计划。他深知，要完成这项任务，需要集结全所之力，更需要老一辈科研人员的智慧与经验。于是，他亲自出马，将已经退休的段玉容、潘光明等老一辈科学家请回实验室，与他们一起还原过去的合成技术，并传授给年轻的科研人员。
随后，刘维民与团队成员们进入了紧张的研发状态。他们通宵达旦地工作，讨论设计思路，试验新的润滑配方。一次次的失败，并没有让他们气馁，反而更加坚定了他们攻克难关的决心。经过无数次的试验与改良，他们终于成功研发出了新的润滑剂，其抗磨损性能比原有产品提高了至少5倍。
这次的成功，不仅解决了风云卫星的燃眉之急，更让团队的研究重点同时面向空间固体润滑和空间液体润滑，并发展了固体-液体复合润滑材料技术。他们陆续设计出4个系列、10余种定型的航天润滑油脂，这些产品不仅提升了我国航天器的性能与可靠性，更让核心技术真正掌握在了中国人自己的手里。
让五星红旗在月球上飘扬
什么是“冷焊”？
“在太空的高真空环境下，金属表面会失去所吸附的气体等物质。如果金属表面没有氧化膜，单纯是金属原子，那么两块金属就会发生整体粘着，这就是冷焊现象。”王齐华说。
据悉，这种冷焊现象在太空中是普遍存在的，可能会给航天器的运动部件带来危害，例如导致金属撕裂、转移，并增加接触面的粗糙度。
2020年12月4日，嫦娥五号探测器稳稳地降落在月球表面。在探测器点火起飞前，一面鲜艳的五星红旗在月球上缓缓展开，这不仅仅是一次国旗的展示，更是中国在月球表面首次实现的“独立动态展示”，象征着中国航天事业的辉煌成就。
与之前的“嫦娥三号”和“嫦娥四号”探测器上喷绘的国旗不同，嫦娥五号携带的是一面真正的“织物版”五星红旗。而这面国旗的背后是对技术的挑战。
负责这一任务的是兰州化物所的陈建敏团队。他们面临的最大挑战是如何在月球上那极低的真空环境下，确保国旗支架机构不会因为冷焊而无法正常展开。一旦支架无法成功展开，那么所有的努力都将付之东流。
面对这一前所未有的难题，陈建敏带领团队毫不犹豫地迎难而上。他们不断尝试、模拟外太空的环境，针对展开系统质轻、件小、壁薄、精度高和环境苛刻等要求，进行了大量的试验和论证。
兰州化物所研究员陈建敏说：“团队利用多官能团的活性树脂对高强度树脂进行了改性，通过反复试验和调整材料参数，不断优化解决方案。从2013年接受任务到2020年国旗成功展开，他们历经了7年的艰苦努力，进行了30余次实验室测试和9次地面模拟实验。”最终，在陈建敏团队的不懈努力下，国旗展开系统的零部件成功完成了防冷焊润滑处理，五星红旗终于在月球表面缓缓展开。
“顶天立地”勇攀科技高峰
2024年5月13日，周峰研究员负责的兰州化物所71件舱外暴露实验装置及科学实验样品随神舟十七号载人飞船返回舱成功着陆返回地面，该批材料舱外暴露实验装置和样品已在轨实验满一年，主要包括18台套动态摩擦学装置和134件静态润滑材料样品。与2008年神舟七号相比，此次不仅搭载了润滑材料静态实验还开展了动态摩擦学实验，包括球盘摩擦学实验和首次轴承实验。舱外暴露实验样品包含固体润滑材料和新型超分子凝胶润滑材料。本次空间站舱外飞行实验也是世界上首次开展的液体润滑材料的空间摩擦磨损实验。
近五年来，该团队为我国航天事业的发展做出了巨大贡献，为“问天”、“梦天”实验舱、“神舟”系列载人飞船、“天舟”系列货运飞船、“长征”系列运载火箭等278次发射任务的677颗/艘卫星、飞船、新型飞行器及深空探测器提供了关键的润滑材料技术，有力保障了我国航天事业的稳步前进。
“在未来道路上，团队将深入研究摩擦、磨损的机理，探索实现近零摩擦（超润滑）的可能性，以及润滑材料研究范式的革新方向。”王齐华表示，团队也将关注润滑材料技术是否能够实现智能化或自适应变工况条件，以应对日益复杂的工业环境。
团队计划突破润滑基础原材料及高端润滑材料产品的制备技术瓶颈，提高润滑材料的性能和质量。同时，推动装备同寿命周期润滑技术的发展，提高设备的整体寿命和性能。此外，多功能润滑油脂设计制备技术、润滑产品的绿色化及再生利用技术，以及生命医学润滑材料等也是团队未来的重点研究方向。在谈到个人感悟时，团队负责人刘维民院士表示：“国家需要什么，我们就做什么。我们正处在科技创新最好的时代，唯有身怀爱国情怀、不懈努力奋斗，才不负时代使命。”
