王德生研究員查看相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

蔡美榮研究員介紹相關(guān)實(shí)驗(yàn)

此次艙外暴露實(shí)驗(yàn)材料

2008年艙外實(shí)驗(yàn)裝置及樣品

3月14日，在地面科研人員的密切協(xié)同下，中國(guó)空間站材料艙外暴露實(shí)驗(yàn)裝置及樣品組合體由空間站機(jī)械臂成功轉(zhuǎn)移至空間站氣閘艙內(nèi)。之后，共計(jì)407件艙外暴露材料由神舟十七號(hào)乘組航天員完成拆卸并存儲(chǔ)。材料艙外暴露實(shí)驗(yàn)裝置及樣品中，有18臺(tái)套動(dòng)態(tài)摩擦學(xué)裝置和134件靜態(tài)潤(rùn)滑材料樣品來(lái)自中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所，已在軌實(shí)驗(yàn)滿一年。其中，71件艙外暴露實(shí)驗(yàn)裝置及科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品已隨神舟十七號(hào)飛船返回艙于4月30日返回地面，并于5月13日移交中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所進(jìn)一步開(kāi)展研究工作。

這并不是蘭州化物所潤(rùn)滑材料樣品的首次艙外暴露實(shí)驗(yàn)。2008年9月27日，神舟七號(hào)航天員翟志剛完成了中國(guó)人的首次太空行走，耗時(shí)19分35秒的出艙活動(dòng)中，翟志剛?cè)』氐娘w船艙外搭載的固體潤(rùn)滑材料，就是中國(guó)科學(xué)院院士、蘭州化物所學(xué)術(shù)委員會(huì)主任委員劉維民研究員帶領(lǐng)的“神舟七號(hào)飛船應(yīng)用系統(tǒng)固體潤(rùn)滑材料空間試驗(yàn)”科研團(tuán)隊(duì)完成的，艙外搭載43.6小時(shí)。中國(guó)工程院院士薛群基研究員當(dāng)時(shí)表示，試驗(yàn)為特殊工況下固體潤(rùn)滑材料的作用機(jī)理研究和應(yīng)用作出了重大貢獻(xiàn)。

“2022年中國(guó)空間站的全面建成，為我們科研工作者在空間開(kāi)展材料驗(yàn)證提供了機(jī)遇和保障?！碧m州化物所材料潤(rùn)滑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蔡美榮研究員說(shuō)，2021年，她與王德生研究員分別提出了在空間站開(kāi)展凝膠復(fù)合潤(rùn)滑和固體潤(rùn)滑薄膜材料的科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。2022年11月12日，材料潤(rùn)滑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的這批固體潤(rùn)滑材料和新型超分子凝膠潤(rùn)滑材料隨天舟五號(hào)上天。2023年3月8日，該材料艙外暴露實(shí)驗(yàn)裝置出艙，到目前已在軌實(shí)驗(yàn)滿一年。此次空間站艙外暴露實(shí)驗(yàn)是世界上首次液體潤(rùn)滑材料的空間飛行實(shí)驗(yàn)，將為我國(guó)在空間潤(rùn)滑領(lǐng)域搶占制高點(diǎn)占得一次先機(jī)。

“神舟七號(hào)上，我們中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所首次開(kāi)展了固體潤(rùn)滑材料靜態(tài)暴露實(shí)驗(yàn)，與2008年相比，這次不僅搭載了靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，還開(kāi)展了動(dòng)態(tài)摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)，包括球盤(pán)摩擦實(shí)驗(yàn)和首次軸承實(shí)驗(yàn)?！辈堂罉s告訴記者，“在艙外，有我們18臺(tái)套動(dòng)態(tài)摩擦學(xué)裝置，包括3臺(tái)球盤(pán)摩擦裝置和15套軸承實(shí)驗(yàn)機(jī)。”

“所謂靜態(tài)暴露是指將潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂之類的材料樣品直接放在空間中接受輻照，之后和之前作對(duì)比，看表觀、理化性能、結(jié)構(gòu)、組成是否有變化，指導(dǎo)我們探究、分析它們?cè)谡鎸?shí)環(huán)境中的服役性能會(huì)發(fā)生什么樣的變化。動(dòng)態(tài)暴露是看球盤(pán)和軸承在艙外轉(zhuǎn)動(dòng)及摩擦狀態(tài)下油脂性能變化，更直觀、更真實(shí)地感受空間狀態(tài)下，油脂的服役變化及規(guī)律?！碧m州化物所專項(xiàng)任務(wù)處處長(zhǎng)于強(qiáng)亮介紹，劉維民院士已牽頭建成了國(guó)內(nèi)首套模擬空間環(huán)境下摩擦試驗(yàn)原位分析裝置，模擬空間環(huán)境，但地面模擬的劑量、輻照時(shí)間、溫差和塵埃等情況畢竟與真實(shí)工況有差異，所以還必須做真實(shí)空間的暴露實(shí)驗(yàn)。

“我們的固體潤(rùn)滑材料比如固體潤(rùn)滑薄膜等已經(jīng)在各種航天器上得到應(yīng)用，這次有一類新型超分子凝膠潤(rùn)滑材料在空間站艙外材料平臺(tái)開(kāi)展性能驗(yàn)證。”2024年3月15日，蔡美榮、王德生等科研人員通過(guò)與航天員手持?jǐn)z像機(jī)來(lái)確認(rèn)樣品，看材料表面狀態(tài)是否發(fā)生變化。

為什么送這類材料上天？蔡美榮解釋說(shuō)，如何實(shí)現(xiàn)空間特殊環(huán)境下機(jī)械活動(dòng)部件長(zhǎng)壽命、高可靠性潤(rùn)滑是當(dāng)前空間潤(rùn)滑研究的焦點(diǎn)。液體潤(rùn)滑材料在空間環(huán)境下，有揮發(fā)或遷移、爬移的風(fēng)險(xiǎn)，固體潤(rùn)滑薄膜壽命有限。凝膠潤(rùn)滑材料通過(guò)液體潤(rùn)滑劑內(nèi)部自發(fā)的有序組裝，將潤(rùn)滑油束縛于摩擦對(duì)副，避免了潤(rùn)滑劑爬移、遷移，具有“自約束”的性能?！拔覀儼涯z潤(rùn)滑材料和現(xiàn)役固體潤(rùn)滑薄膜復(fù)合在一起使用，可大大提高潤(rùn)滑材料的使用壽命?！庇趶?qiáng)亮說(shuō)，把液體潤(rùn)滑材料做成半固態(tài)的凝膠，摩擦過(guò)程中在摩擦熱或者摩擦力的作用下其從凝膠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z態(tài)，所產(chǎn)生的熱量也會(huì)被凝膠吸收，“這樣既可以約束油脂不爬移、不遷移，又可以降低其溫度，從而提升其使用壽命?！贝送猓c固體潤(rùn)滑薄膜復(fù)合之后，固液兩類潤(rùn)滑材料的特性都能發(fā)揮到最佳狀態(tài)，摩擦也會(huì)隨之降低?！斑@種材料是蔡美榮研究員所在的周峰老師團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的，在實(shí)驗(yàn)室的一系列研究中，發(fā)現(xiàn)有非常好的自約束和潤(rùn)滑抗磨特性?！?/p>

于強(qiáng)亮表示，這類材料在地面模擬空間環(huán)境試驗(yàn)中表現(xiàn)良好，能滿足航天使用要求，這次空間站暴露實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證它在真實(shí)空間環(huán)境下的可靠性。記者同時(shí)了解到，空間站艙外開(kāi)展的動(dòng)態(tài)摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)皆為加速實(shí)驗(yàn)。“也就是說(shuō)，潤(rùn)滑材料或者潤(rùn)滑部件在空間須運(yùn)行多年，我們要在短暫的一年時(shí)間內(nèi)完成相關(guān)的性能考核目標(biāo)?！蓖醯律f(shuō)，2008年開(kāi)展的我國(guó)首次飛船艙外暴露實(shí)驗(yàn)主要開(kāi)展了不同種類固體潤(rùn)滑材料的真實(shí)空間環(huán)境效應(yīng)的探索性研究，獲取了寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也是后續(xù)工作重要的研究基礎(chǔ)。在固體潤(rùn)滑材料這個(gè)領(lǐng)域，蘭州化物所一直在做新型潤(rùn)滑材料的研發(fā)，本次空間實(shí)驗(yàn)也是針對(duì)研制的潤(rùn)滑薄膜材料進(jìn)行了較長(zhǎng)周期的材料暴露和摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)探究空間環(huán)境條件下潤(rùn)滑材料的結(jié)構(gòu)、性能的變化規(guī)律具有重要意義，也可為新型空間長(zhǎng)壽命潤(rùn)滑材料的研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

蘭州化物所長(zhǎng)期從事特殊環(huán)境與苛刻工況下材料和技術(shù)的研究工作，聚焦國(guó)家航天航空等高端裝備領(lǐng)域?qū)?rùn)滑的需求和國(guó)際學(xué)科前沿，解決了相關(guān)技術(shù)難題，為我國(guó)航天事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)航天器固體潤(rùn)滑材料大約70%由蘭州化物所提供。潤(rùn)滑材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是中國(guó)摩擦學(xué)研究的重要力量，長(zhǎng)期以來(lái)在國(guó)內(nèi)外享有盛譽(yù)，引領(lǐng)著潤(rùn)滑材料發(fā)展，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技事業(yè)發(fā)展，特別是我國(guó)戰(zhàn)略高技術(shù)發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)，已有著60多年的歷史。該實(shí)驗(yàn)室即將重組為全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，它將聚焦國(guó)家航天航空重大需求，以實(shí)驗(yàn)室為核心，整合、統(tǒng)籌力量，構(gòu)建全鏈條潤(rùn)滑材料創(chuàng)新研究體系，打造國(guó)際領(lǐng)先的潤(rùn)滑創(chuàng)新研究基地和創(chuàng)新人才匯聚高地，努力成為國(guó)家潤(rùn)滑材料科學(xué)與技術(shù)研究的戰(zhàn)略科技力量。

（本文系由市科技局支持、《蘭州晚報(bào)》開(kāi)設(shè)的“創(chuàng)新領(lǐng)航”專欄第66期）

蘭州日?qǐng)?bào)社全媒體記者 何燕 實(shí)習(xí)生 劉弘婧 文/圖

責(zé)任編輯：鐘磊