航天｜寧波材料所系列特種功能防護涂層/薄膜護航問天實驗艙“問天”

　　北京時間2022年7月24日14時22分，搭載問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭，在我國文昌航天發射場點火發射，發射取得圓滿成功。中國科學院寧波材料技術與工程研究所研制的系列特種功能防護涂層/薄膜材料“護航”問天實驗艙“問天”。問天實驗艙，是中國空間站天宮的組成部分，艙段規模20噸級，主要面向空間生命科學研究。

　　寧波材料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環境控制和生命保障系統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抗輻照損傷與低環境敏感性薄膜的研制和生產任務。

　　在國家任務面前，項目團隊主動踐行使命擔當，迎難而上、群策群力，經過反復的方案論證和技術創新、大量實驗和科學分析、系列可靠性試驗考核，為問天實驗艙的成功發射提供了有力保障，為我國空間站建設貢獻了力量。

　　環境控制和生命保障系統是空間站艙內較為復雜的系統，關系到航天員的生命安全以及能否完成航天任務。艙內構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。劉栓高級工程師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合、多功能一體化、艙內抗老化黃變等關鍵技術，研發的空間站環境控制和生命保障系統功能防護涂層成功應用于座便器、熱合機構、醫學信息綜合管理系統、醫學設備電源管理裝置、回風口及散流器、食品加熱裝置等1000余件產品部件。

　　艙間抽氣泵用于空間站節點艙與氣閘艙的壓控系統，可將出艙活動前艙內的空氣抽送給相鄰的密封艙段，以節省氧氣資源，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核心艙，并用于今日發射和后續將發射的問天和夢天實驗艙氣閘艙抽氣泵，保障其在軌高穩定可靠和長壽命工作。

　　包括問天實驗艙在內的中國空間站采用了先進的三結砷化鎵太陽能柔性電池翼，其伸展機構極為復雜，在極端苛刻空間環境下的高可靠服役是空間站正常運行和任務成敗的關鍵?？臻g站太陽翼伸展機構濺射薄膜面臨文昌臨海發射高濕熱環境和長期在軌高劑量原子氧輻照的挑戰。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控、納米多層精細結構構筑及晶體取向控制等創新技術，成功解決了防護薄膜在潮濕環境和原子氧輻照下的性能劣化和早期失效的共性難題。研發的低環境敏感抗輻照薄膜（榮獲國家專利獎銀獎）通過了文昌環境暴露適應性、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的空間站柔性太陽翼伸展機構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”。