為運載火箭打造“防護鎧甲”，上海市科技進步獎特等獎這樣煉成

長征六號甲運載火箭衞星整流罩防熱塗層。本文圖片 受訪者供圖

8月26日，2024年度上海市科學技術獎正式頒佈，由上海交通大學朱新遠教授領銜航天團隊完成的“新一代運載火箭表面特種防護塗層技術與應用”項目，榮膺上海市科技進步獎最高榮譽——特等獎。這項突破性的成果，在航天防護塗層領域實現了質的飛躍。

澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者在採訪中瞭解到，朱新遠團隊在國際上首次提出併成功實踐了“超支化聚合物塗層一體化防護”的全新路線，徹底顛覆了傳統隔熱片拼接技術，開創了具有國際引領性的“中國方案”，為中國火箭披上了一層高效可靠的“防護鎧甲”，為長征系列等新一代運載火箭的研製與批量生產提供了堅實可靠的支撐，支撐着中國航天邁向更遠的深空。

“冰火九重天”的考驗

在探索浩瀚宇宙的征途上，新一代運載火箭肩負着艱鉅使命，對覆蓋全身的表面防護材料也提出了苛刻要求。其中，衞星整流罩和低温燃料貯箱是火箭防護體系的關鍵，事關發射成敗。

朱新遠告訴記者，發射升空時，位於火箭頭部的衞星整流罩在穿越稠密大氣層時需承受500℃以上高温氣流的猛烈沖刷。如此高温下，構成火箭主體的鋁合金和複合材料的強度會急劇下降，艙內精密的儀器設備也會因高温“罷工”。因此，必須給整流罩披上高效的“隔熱斗篷”；新一代火箭採用液氧等超低温燃料，燃料加註後，貯箱壁温度驟降至-183℃，可以説，新一代火箭表面防護面臨着“冰火九重天”的考驗。

過去，國內外普遍採用在火箭外層手工粘貼防熱軟木片（又稱隔熱片），這種方案工藝繁瑣、製造週期長、效率較低，而且存在大量的拼接界面，可靠性不高。隔熱片極易吸濕“鼓包”、“脱粘”，返修率極高，難以滿足新一代火箭高可靠、快節奏發射的迫切需求。為了耐受極端低温衝擊，傳統貯箱採用的多層包覆防護技術不僅重量大、結構複雜，同樣面臨易脱粘分層的困境。

轉折點，來源於一次上海交大師生間的“跨界”碰撞。

朱新遠教授團隊長期深耕於聚合物合成的科學前沿，早在2009年就取得一項重要突破，發明了雜化聚合製備超支化聚合物的新方法，並前瞻性地探索其在航天工程領域的應用可能性，但當時苦於沒有具體的工程需求牽引。期間，從上海交大畢業後加入上海航天設備製造總廠有限公司的張崇印，在2015年開始負責公司新一代火箭高分子防護材料的研製工作。面對整流罩和貯箱的防護難題，攻關團隊一度陷入困境、舉步維艱。就在這時，師生情緣與家國使命產生了奇妙的化學反應，得知消息的朱新遠教授找到了張崇印，表達了將前沿的超支化聚合物技術應用於解決火箭防護難題的合作意願，師生兩人一拍即合，聯合上海宇航系統工程研究所等航天核心單位，組建了一支產學研用深度融合的攻關團隊。

團隊部分成員實驗室合影，右二為朱新遠、左二為張崇印。

在上海市科委的推動下，上海航天特種環境高分子功能材料工程技術研究中心於2018年正式獲得批覆，形成了“基礎研究源頭創新-核心技術攻關-工程化應用”的完整閉環創新鏈條。在這個體系中，上海交通大學潛心基礎技術研究和新材料開發，上海宇航系統工程研究所聚焦航天器的熱環境分析、仿真與地面試車驗證，上海航天設備製造總廠有限公司負責將防熱材料從實驗室配方轉化為可靠產品，攻克工程化應用的“最後一公里”。

顛覆性構想打造“防護鎧甲”

為了破解“冰火九重天”難題，攻關團隊提出了一個極具顛覆性的構想：拋棄傳統的“拼拼補補”，採用一體成型的防護塗層。這種方案只需一次噴塗即可成型，徹底消除拼縫隱患，理論上能大幅提升可靠性，顯著縮短生產週期。

然而，要打造滿足火箭嚴苛要求的“防護鎧甲”，難度超乎想象。普通防護塗層直接噴塗在冰冷的金屬艙壁上，在極寒下會變得脆如薄冰，極易開裂、剝落而喪失保護作用。塗層必須“粘得牢”、“耐極温”、“噴得好”。要獲得這些性能，必須在塗料中添加大量的功能填料，如耐高温、隔熱、增大強度的微粒。然而實踐發現，當功能填料超過一定比例時，塗料瞬間變得“濃稠如泥”，根本無法噴塗。同時，填料也極易抱團，導致塗層內部應力集中，與基體的粘接力急劇下降。

如何才能實現“粘得牢、耐極温、噴得好”？團隊另闢蹊徑，創造性提出兩種或多種聚合反應協同進行的雜化聚合新思想，成功將傳統合成的“等活性”轉化為“非等活性”調控，抑制了交聯副反應，實現了結構精準定製的超支化聚合物的可控制備與規模化生產。

超支化聚合物就像神奇的“柔順劑”和“萬能膠”，其特殊結構能高效包裹、分散大量填料，大幅降低體系粘度，使其“噴得流暢”。同時，其豐富的末端官能團又能與基體材料通過多種方式形成強力結合，如同八爪魚般牢牢抓住基材，使塗層“粘得牢固”；另外，超支化聚合物獨特的三維結構就像自帶彈簧，在受到應力衝擊的時候，通過自身分子內部空間的收縮來進行緩衝。當應力消失後，分子又能恢復到原始狀態。這種優異韌性，賦予了塗層抵抗極冷極熱衝擊而不開裂的能力，為中國火箭披上了一層高效可靠的“防護鎧甲”，支撐着中國航天邁向更遠的深空。

2024年8月6日，長征六號甲運載火箭成功發射“千帆星座”首批組網衞星——千帆極軌01組衞星。

澎湃新聞記者在採訪中瞭解到，“新一代運載火箭表面特種防護塗層技術與應用”項目成果已成功應用於多個型號運載火箭，累計實現多次航天應用，特別是在我國首型固體捆綁火箭長征六號甲為代表的任務中發揮關鍵作用。2024年8月6日，長征六號甲運載火箭成功將“千帆星座”首批組網衞星——千帆極軌01組衞星送入預定軌道。這些應用成果，不僅驗證了超支化聚合物材料的先進性能，更體現了產學研協同創新在突破關鍵技術瓶頸、服務國家需求方面的重要價值。

“新一代運載火箭表面特種防護塗層技術與應用，使火箭表面的防護工期從原先的一個月左右縮短到一週以內，成本大幅度下降，火箭重量也大幅減重，具有明顯的高效率、高可靠、低成本優勢。”朱新遠透露，團隊還將高性能聚合物技術拓展至民用領域，應用於北京冬奧會場館、巴黎奧運會設施、上海盧浦大橋等標誌性工程，不僅創造了可觀的經濟效益，更打破了國外企業對高端工業塗料的技術壟斷。