澎湃新闻记者 俞凯
长征六号甲运载火箭卫星整流罩防热涂层。本文图片 受访者供图
8月26日，2024年度上海市科学技术奖正式颁布，由上海交通大学朱新远教授领衔航天团队完成的“新一代运载火箭表面特种防护涂层技术与应用”项目，荣膺上海市科技进步奖最高荣誉——特等奖。这项突破性的成果，在航天防护涂层领域实现了质的飞跃。
澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者在采访中了解到，朱新远团队在国际上首次提出并成功实践了“超支化聚合物涂层一体化防护”的全新路线，彻底颠覆了传统隔热片拼接技术，开创了具有国际引领性的“中国方案”，为中国火箭披上了一层高效可靠的“防护铠甲”，为长征系列等新一代运载火箭的研制与批量生产提供了坚实可靠的支撑，支撑着中国航天迈向更远的深空。
“冰火九重天”的考验
在探索浩瀚宇宙的征途上，新一代运载火箭肩负着艰巨使命，对覆盖全身的表面防护材料也提出了苛刻要求。其中，卫星整流罩和低温燃料贮箱是火箭防护体系的关键，事关发射成败。
朱新远告诉记者，发射升空时，位于火箭头部的卫星整流罩在穿越稠密大气层时需承受500℃以上高温气流的猛烈冲刷。如此高温下，构成火箭主体的铝合金和复合材料的强度会急剧下降，舱内精密的仪器设备也会因高温“罢工”。因此，必须给整流罩披上高效的“隔热斗篷”；新一代火箭采用液氧等超低温燃料，燃料加注后，贮箱壁温度骤降至-183℃，可以说，新一代火箭表面防护面临着“冰火九重天”的考验。
过去，国内外普遍采用在火箭外层手工粘贴防热软木片（又称隔热片），这种方案工艺繁琐、制造周期长、效率较低，而且存在大量的拼接界面，可靠性不高。隔热片极易吸湿“鼓包”、“脱粘”，返修率极高，难以满足新一代火箭高可靠、快节奏发射的迫切需求。为了耐受极端低温冲击，传统贮箱采用的多层包覆防护技术不仅重量大、结构复杂，同样面临易脱粘分层的困境。
转折点，来源于一次上海交大师生间的“跨界”碰撞。
朱新远教授团队长期深耕于聚合物合成的科学前沿，早在2009年就取得一项重要突破，发明了杂化聚合制备超支化聚合物的新方法，并前瞻性地探索其在航天工程领域的应用可能性，但当时苦于没有具体的工程需求牵引。期间，从上海交大毕业后加入上海航天设备制造总厂有限公司的张崇印，在2015年开始负责公司新一代火箭高分子防护材料的研制工作。面对整流罩和贮箱的防护难题，攻关团队一度陷入困境、举步维艰。就在这时，师生情缘与家国使命产生了奇妙的化学反应，得知消息的朱新远教授找到了张崇印，表达了将前沿的超支化聚合物技术应用于解决火箭防护难题的合作意愿，师生两人一拍即合，联合上海宇航系统工程研究所等航天核心单位，组建了一支产学研用深度融合的攻关团队。
团队部分成员实验室合影，右二为朱新远、左二为张崇印。
在上海市科委的推动下，上海航天特种环境高分子功能材料工程技术研究中心于2018年正式获得批复，形成了“基础研究源头创新-核心技术攻关-工程化应用”的完整闭环创新链条。在这个体系中，上海交通大学潜心基础技术研究和新材料开发，上海宇航系统工程研究所聚焦航天器的热环境分析、仿真与地面试车验证，上海航天设备制造总厂有限公司负责将防热材料从实验室配方转化为可靠产品，攻克工程化应用的“最后一公里”。
颠覆性构想打造“防护铠甲”
为了破解“冰火九重天”难题，攻关团队提出了一个极具颠覆性的构想：抛弃传统的“拼拼补补”，采用一体成型的防护涂层。这种方案只需一次喷涂即可成型，彻底消除拼缝隐患，理论上能大幅提升可靠性，显著缩短生产周期。
然而，要打造满足火箭严苛要求的“防护铠甲”，难度超乎想象。普通防护涂层直接喷涂在冰冷的金属舱壁上，在极寒下会变得脆如薄冰，极易开裂、剥落而丧失保护作用。涂层必须“粘得牢”、“耐极温”、“喷得好”。要获得这些性能，必须在涂料中添加大量的功能填料，如耐高温、隔热、增大强度的微粒。然而实践发现，当功能填料超过一定比例时，涂料瞬间变得“浓稠如泥”，根本无法喷涂。同时，填料也极易抱团，导致涂层内部应力集中，与基体的粘接力急剧下降。
如何才能实现“粘得牢、耐极温、喷得好”？团队另辟蹊径，创造性提出两种或多种聚合反应协同进行的杂化聚合新思想，成功将传统合成的“等活性”转化为“非等活性”调控，抑制了交联副反应，实现了结构精准定制的超支化聚合物的可控制备与规模化生产。
超支化聚合物就像神奇的“柔顺剂”和“万能胶”，其特殊结构能高效包裹、分散大量填料，大幅降低体系粘度，使其“喷得流畅”。同时，其丰富的末端官能团又能与基体材料通过多种方式形成强力结合，如同八爪鱼般牢牢抓住基材，使涂层“粘得牢固”；另外，超支化聚合物独特的三维结构就像自带弹簧，在受到应力冲击的时候，通过自身分子内部空间的收缩来进行缓冲。当应力消失后，分子又能恢复到原始状态。这种优异韧性，赋予了涂层抵抗极冷极热冲击而不开裂的能力，为中国火箭披上了一层高效可靠的“防护铠甲”，支撑着中国航天迈向更远的深空。
2024年8月6日，长征六号甲运载火箭成功发射“千帆星座”首批组网卫星——千帆极轨01组卫星。
澎湃新闻记者在采访中了解到，“新一代运载火箭表面特种防护涂层技术与应用”项目成果已成功应用于多个型号运载火箭，累计实现多次航天应用，特别是在我国首型固体捆绑火箭长征六号甲为代表的任务中发挥关键作用。2024年8月6日，长征六号甲运载火箭成功将“千帆星座”首批组网卫星——千帆极轨01组卫星送入预定轨道。这些应用成果，不仅验证了超支化聚合物材料的先进性能，更体现了产学研协同创新在突破关键技术瓶颈、服务国家需求方面的重要价值。
“新一代运载火箭表面特种防护涂层技术与应用，使火箭表面的防护工期从原先的一个月左右缩短到一周以内，成本大幅度下降，火箭重量也大幅减重，具有明显的高效率、高可靠、低成本优势。”朱新远透露，团队还将高性能聚合物技术拓展至民用领域，应用于北京冬奥会场馆、巴黎奥运会设施、上海卢浦大桥等标志性工程，不仅创造了可观的经济效益，更打破了国外企业对高端工业涂料的技术垄断。
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