特種功能防護(hù)涂層/薄膜材料助力中國(guó)空間站項(xiàng)目

4月29日，中國(guó)空間站天和號(hào)核心艙發(fā)射升空。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王立平研究員和薛群基院士團(tuán)隊(duì)，承擔(dān)了空間站艙內(nèi)環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)防腐抗菌多功能一體化涂層、艙間抽氣泵高可靠與高強(qiáng)韌化延壽薄膜、柔性太陽(yáng)翼伸展機(jī)構(gòu)抗輻照損傷與低環(huán)境敏感性薄膜的研制和生產(chǎn)任務(wù)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)反復(fù)的方案論證和技術(shù)創(chuàng)新、大量實(shí)驗(yàn)和科學(xué)分析、系列可靠性試驗(yàn)考核，為天和號(hào)核心艙成功發(fā)射提供了有力保障，為我國(guó)空間站建設(shè)貢獻(xiàn)了力量。

環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)是空間站中較為復(fù)雜的系統(tǒng)，關(guān)系到航天員的生命安全以及能否完成航天任務(wù)。艙內(nèi)構(gòu)件的表面防護(hù)涂層需兼具阻燃、抗菌、防霉、耐磨和防腐功能，各項(xiàng)技術(shù)要求遠(yuǎn)高于民航標(biāo)準(zhǔn)。劉栓和郭小平帶領(lǐng)的研究小組，歷時(shí)2年通過(guò)對(duì)樹(shù)脂、功能填料及配套體系系統(tǒng)性設(shè)計(jì)和近千次實(shí)驗(yàn)，攻克了輕合金和玻纖復(fù)合材料表面防護(hù)涂層強(qiáng)結(jié)合、多功能一體化、艙內(nèi)抗老化黃變等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)的空間站環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)功能防護(hù)涂層成功應(yīng)用于坐便器、熱合機(jī)構(gòu)、醫(yī)學(xué)信息綜合管理系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)設(shè)備電源管理裝置、大小便收集控制器、回風(fēng)口及散流器、食品加熱裝置等1 000余件產(chǎn)品部件。

艙間抽氣泵用于空間站節(jié)點(diǎn)艙與氣閘艙的壓控系統(tǒng)，可將出艙活動(dòng)前艙內(nèi)的空氣抽送給相鄰的密封艙段，以節(jié)省氧氣資源，是保障空間站宇航員和貨物出/進(jìn)艙的核心設(shè)備。針對(duì)航天科技六院11所研制的空間站干式真空泵，杜玉潔和蒲吉斌帶領(lǐng)的研究小組突破了鈦合金表面高強(qiáng)韌化薄膜的界面強(qiáng)化技術(shù)、抗沖擊和抗疲勞長(zhǎng)壽命技術(shù)、轉(zhuǎn)子精密型線均勻低應(yīng)力可控制備技術(shù)等，解決了空間失重、高速和多次啟停沖擊工作條件下齒輪、轉(zhuǎn)子等部件高損傷和異常失效等瓶頸問(wèn)題。通過(guò)地面全壽命試驗(yàn)考核，研制的高可靠與高強(qiáng)韌化延壽薄膜成功應(yīng)用于天和號(hào)以及后續(xù)發(fā)射的問(wèn)天號(hào)和夢(mèng)天號(hào)氣閘艙抽氣泵，將保障其在軌高穩(wěn)定可靠和長(zhǎng)壽命工作。

天宮號(hào)空間站采用了先進(jìn)的三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)能柔性電池翼，天和號(hào)太陽(yáng)翼單側(cè)翼展近13米，而2022年發(fā)射升空的實(shí)驗(yàn)艙的太陽(yáng)翼單側(cè)翼展將達(dá)到30米。柔性太陽(yáng)翼和機(jī)械臂是空間站艙外結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)部件最多的系統(tǒng)，其可靠的展開(kāi)/收縮/轉(zhuǎn)動(dòng)是空間站正常運(yùn)行和任務(wù)成敗的關(guān)鍵?？臻g站太陽(yáng)翼伸展機(jī)構(gòu)濺射薄膜面臨文昌臨海發(fā)射高濕熱環(huán)境和長(zhǎng)期在軌高劑量原子氧輻照的挑戰(zhàn)。蒲吉斌和王海新帶領(lǐng)的研究小組通過(guò)功能元素復(fù)合調(diào)控、納米多層精細(xì)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑及晶體取向控制等創(chuàng)新技術(shù)，成功解決了防護(hù)薄膜在潮濕環(huán)境和原子氧輻照下的性能劣化和早期失效的共性難題。研發(fā)的低環(huán)境敏感抗輻照薄膜通過(guò)了文昌環(huán)境暴露適應(yīng)性、15年高劑量原子氧加速輻照試驗(yàn)和熱真空疲勞壽命試驗(yàn)，成功應(yīng)用于天和號(hào)（已展翼成功）以及后續(xù)發(fā)射的實(shí)驗(yàn)艙柔性太陽(yáng)翼伸展機(jī)構(gòu)20 000余件部件，確保其在10年以上的在軌服役期間“張弛有度，收放自如”。

（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)）