刘维民（右二）等讨论未来空间飞行器用特种润滑材料与技术。兰州化物所供图
在对浩瀚宇宙的探索中，有这样一群人，用智慧和汗水铸就中国空间润滑材料与技术的辉煌，他们就是近日荣获第五届中国科学院科苑名匠称号的“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。
他们从微观层面深入揭示摩擦化学、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变化，更为我国航天事业的蓬勃发展铸就了坚实的后盾。
1958年，兰州化物所刚刚成立，科研人员就在老一辈科学家陈绍澧、党鸿辛的带领下，开始了摩擦磨损与润滑的研究工作。
随着航天科技的不断发展，兰州化物所瞄准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。
这个团队由中国科学院院士、兰州化物所研究员刘维民领衔，会聚了王齐华、周峰、陈建敏等10名学术带头人，以及近百名研究人员和工程师。
时间回到2003年6月的一天，中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员陈桂林的一个求助电话，打给了时任兰州化物所副所长刘维民。
“当时超期服役的风云二号气象卫星，突然遭遇机械故障，消像旋组件部分卡死，而问题的根源竟指向了一个看似微小却至关重要的问题——润滑失效。”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硅油。然而，兰州化物所10年前已将主要科研精力转向了固体润滑。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，这无疑是一项巨大挑战。
刘维民没有退缩，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。”
刘维民连夜召集团队成员，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。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，并将技术传授给年轻的科研人员。
为讨论设计思路，试验新的润滑配方，团队成员们常常通宵达旦地工作。一次次失败不仅没有让他们气馁，反而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新的润滑剂，其抗磨损性能比原有产品提高至少5倍。
这次成功，不仅解了风云二号气象卫星的燃眉之急，而且使团队面向空间固体润滑和空间液体润滑需求，发展了固体-液体复合润滑材料技术，陆续设计出4个系列、10余种航天润滑油脂。
让五星红旗在月球上飘扬
2020年12月，顺利完成月面自动采样的嫦娥五号即将返程。在起飞前，一面鲜艳的五星红旗在月球上缓缓展开，这是继嫦娥三号、四号任务后，五星红旗又一次展现在月球表面，同时也是五星红旗第一次在月表动态展示。
而兰州化物所研究员陈建敏团队的任务，就是确保在月球高真空环境下，国旗支架不会因为冷焊而无法正常展开。
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黏着，这就是冷焊现象。”王齐华说。
冷焊现象在太空中普遍存在，可能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。
面对这一难题，陈建敏带领团队迎难而上。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、精度高等要求，进行了大量的试验和论证。
“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年接到任务到2020年国旗成功展开，我们历经7年，进行了30余次实验室测试和9次地面模拟试验。”陈建敏说。
“顶天立地”勇攀科技高峰
近日，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返回地面。该批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。
据悉，此次不仅进行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。此次空间站舱外飞行实验也是世界上首次液体润滑材料的空间摩擦磨损实验。
近5年来，该团队为“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稳步前进。
“未来，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，团队将关注润滑材料技术能否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，推动与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。
来源：《中国科学报》 (2024-06-12 第3版 综合)
