新型太空材料 为空间站披上坚不可摧的“铠甲”

2022年7月24日，我国成功发射了重约23吨的问天实验舱，该实验舱对中国空间站的建设意义非凡。在这项重大成就的背后，有着来自浙江科研人员的贡献。让我们一起去了解一下。

随着航天科技的迅猛发展，空间站、航空发电机等大国重器在极端苛刻的环境下，其表面涂层必须做到坚不可摧。

如我国的“天宫”号空间站所采用的太阳能柔性电池翼，是空间站舱外结构最为复杂、运动部件最多的系统。其展开、收缩及转动的可靠性，是空间站正常运行和任务成败的关键。

空间站太阳翼伸展机构润滑薄膜在面对滨海发射的高湿热环境时，需要展现出强大的适应性；同时，在长期在轨运行期间，还需要抵御高剂量原子氧的辐照。这些挑战对于材料的稳定性和性能都提出了极高的要求。为了确保太阳翼伸展机构的正常运行和持久耐用，科学家们需要研发出具备优异耐湿热、抗氧化、抗辐照等性能的新型薄膜材料，并不断优化其设计与制造工艺。

中国科学院宁波材料所海洋关键材料重点实验室蒲吉斌团队在省自然科学基金重点项目、省杰出青年科学基金项目支持下，聚焦空间站滨海发射和空间服役苛刻环境对高可靠、长寿命、低摩擦功能薄膜研制的战略需求，系统性开展功能薄膜的环境适应性微观结构和成分跨尺度调控等科学研究。

中国科学院宁波材料所****海洋关键材料重点实验室主任、研究员蒲吉斌介绍说：“我们首先要保证它原有的空间性能的同时，要大幅提升它的环境适应性，尤其是海洋环境的适应性，这里面我们对它的结构以及成分做了精细的设计，比如结构，我们控制它每一层的厚度，仅在两三个纳米的这样的一个超晶格的多层结构，从而实现了它具有很好的力学性能，又同时兼具了很好的耐环境腐蚀性能，这就是它最大的创新点，当然这里面我们还设计了很多工艺上面的、装备上的创新。”

通过功能元素复合调控、纳米多层精细结构构筑及晶体取向的精准控制，蒲吉斌带领团队攻克了防护薄膜在潮湿环境和原子氧辐照下的性能劣化和早期失效的共性难题。他们研发的低环境敏感抗辐照薄膜，通过了文昌环境暴露适应性测试、15年高剂量原子氧加速辐照试验及热真空疲劳寿命试验，已经成功应用于包括问天实验舱在内的中国空间站柔性太阳翼伸展机构20000余件部件。这些薄膜为国之重器披上了坚不可摧的“铠甲”，确保了空间站的太阳翼在10年以上的在轨服役期间“张弛有度，收放自如”且“万无一失”。

蒲吉斌说：“一个就是我们针对现在滨海航天发射，以及未来我们国家的海上发射的这样一个环境，另外针对的是我们现在国家正在发展的长寿命的航天器，比如深空探测、探月、探火等等，星链卫星这也是我们国家在航天领域的主要的通讯卫星的应用场景，这些都需要新一代的这种空间的功能涂层。”

据了解，作为宁波市重点支持的科创载体之一，中国科学院宁波材料所海洋关键材料重点实验室，积极响应国家海洋战略与区域海洋产业发展需求，专注于海洋新材料的基础性研究、工艺技术的整合与工程应用。经过多年探索，实验室先后突破了防腐、耐磨蚀、减阻和密封等多项关键技术，研制的系列材料在大型舰船、深海装备、滨海发射场、临海四代核电等重大工程和高技术型号中成功应用，在国内外产生了重要影响，为“上天入海”提供了有力的科技支撑。