【文匯網(wǎng)】為問天艙穿上隱形“防護服”，中科院這個所不斷突破技術瓶頸
作者:許琦敏
7月24日14時22分，問天實驗艙成功發(fā)射。這個艙段規(guī)模20噸級的龐然大物，要在太空中安然度過十年歲月，各種具有特殊本領的材料、元器件，乃至涂層，都將發(fā)揮至關重要的作用。中國科學院寧波材料所研制的系列特種功能防護涂層/薄膜材料，為“問天”實驗艙提供了多方面助力。
“問天”實驗艙，是中國空間站“天宮”的組成部分，艙段規(guī)模20噸級，主要面向空間生命科學研究。中國科學院寧波材料技術與工程研究所海洋新材料與應用技術重點實驗室薛群基院士和王立平研究員團隊承擔了實驗艙內(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韌化延壽薄膜、柔性太陽翼伸展機構(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。
薄薄涂層兼具阻燃抗菌防霉耐磨防腐
環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)是空間站艙內(nèi)較為復雜的系統(tǒng)，關系到航天員的生命安全以及能否完成航天任務。艙內(nèi)構(gòu)件的表面防護涂層需兼具阻燃、抗菌、防霉、耐磨和防腐功能，各項技術要求遠高于民航標準。
劉栓高工和郭小平工程師帶領的研究小組，歷時兩年通過對樹脂、功能填料及配套體系系統(tǒng)性設計和上百次實驗，攻克了輕合金和玻纖復合材料表面防護涂層強結(jié)合、多功能一體化、艙內(nèi)抗老化黃變等關鍵技術，研發(fā)的空間站環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)功能防護涂層成功應用于座便器、熱合機構(gòu)、醫(yī)學信息綜合管理系統(tǒng)、醫(yī)學設備電源管理裝置、大小便收集控制器、回風口及散流器、食品加熱裝置等1000余件產(chǎn)品部件。
高韌薄膜助力艙間抽氣泵在軌可靠長久工作
艙間抽氣泵用于空間站節(jié)點艙與氣閘艙的壓控系統(tǒng)，可將出艙活動前艙內(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/進艙的核心設備。
針對空間站干式真空泵，杜玉潔研究員和蒲吉斌研究員帶領的研究小組突破了鈦合金表面高強韌化薄膜的界面強化技術、抗沖擊和抗疲勞長壽命技術、轉(zhuǎn)子精密型線均勻低應力可控制備技術等，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題。
通過地面全壽命試驗考核，研制的高可靠與高強韌化延壽薄膜之前成功應用于空間站“天和”實驗艙，并將用于即將發(fā)射和后續(xù)將發(fā)射的“問天”和“夢天”實驗艙氣閘艙抽氣泵，保障其在軌高穩(wěn)定可靠和長壽命工作。
防護薄膜確保太陽翼十年服役“張弛有度”
“天宮”號空間站采用了先進的三結(jié)砷化鎵太陽能柔性電池翼，其伸展機構(gòu)極為復雜，在極端苛刻空間環(huán)境下的高可靠服役是空間站正常運行和任務成敗的關鍵。空間站太陽翼伸展機構(gòu)濺射薄膜面臨文昌臨海發(fā)射高濕熱環(huán)境和長期在軌高劑量原子氧輻照的挑戰(zhàn)。
蒲吉斌研究員和王海新高工帶領的研究小組通過功能元素復合調(diào)控、納米多層精細結(jié)構(gòu)構(gòu)筑及晶體取向控制等創(chuàng)新技術，成功解決了防護薄膜在潮濕環(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（榮獲國家專利獎銀獎）通過了文昌環(huán)境暴露適應性、15年高劑量原子氧加速輻照試驗和熱真空疲勞壽命試驗，成功應用于包括“問天”實驗艙在內(nèi)的空間站柔性太陽翼伸展機構(gòu)20000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”且“萬無一失”。
（原文發(fā)布于2022年7月24日文匯網(wǎng)）
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