有沒有發現？傳統火箭發射時，隨著火焰升騰，好多“小碎片”從箭體上脫落，有如“天女散花”……而包括“長征六號甲”等新型號火箭在內，在我國最近的20多次運載火箭發射任務中，隔熱結構不再往下“掉碎片”了。原來，這就是中國目前獨步全球的表面防護材料技術，高可靠又有高效率，滿足了火箭高頻發射的國之大計需求。

2023年10月7日，在西班牙韋爾瓦省，“繆拉-1”火箭發射升空

?今天（8月26日）上海市科技獎勵大會上，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涂層技術與應用”項目?，?榮膺上海市科技進步獎的最高榮譽——特等獎。他們在國際上首次提出并成功實踐了“超支化聚合物涂層一體化防護”的全新路線?，徹底顛覆了傳統隔熱片拼接技術。這身新的“護甲”不存在大量拼接界面，克服了以往可靠性不高、制造周期長的痛點。

2024年10時00分，朱雀二號改進型遙一運載火箭在東風商業航天創新試驗區發射升空，將搭載的光傳01、02試驗星順利送入預定軌道，飛行試驗任務獲得圓滿成功

不懼“冰火兩重天” 搶占太空軌道高地?

事實上，火箭升空日益頻繁，因為太空軌道資源稀缺。根據國際電信聯盟（ITU）制定的“先登先占、先占永得”原則，申請衛星環繞地球運行的軌道后，必須在?規定年限內完成整個衛星發射?，否則寶貴的軌道使用權將自動失效。這意味著，運載火箭的年發射量在當前60多發?基礎上，?后續將急速躍升?。高可靠、低成本、快節奏的火箭發射能力，已然上升為國家需求。

沒有金剛鉆，別攬瓷器活。直飛九霄云外時，火箭的衛星整流罩?和低溫燃料貯箱?是防護體系的關鍵屏障，面臨著嚴苛的服役環境：位于火箭頭部的衛星整流罩在穿越大氣層時，需承受?500℃以上?高溫氣流的猛烈沖刷；而箭身的低溫燃料貯箱，則需耐受??液氧帶來的-183℃極端低溫沖擊。

面對烈焰焚身的危險，國內外普遍采用?手工粘貼防熱軟木片?的整流罩隔熱方案，但其工藝煩瑣、效率較低，質量難以精確控制。此外，軟木片極易吸濕?“鼓包”“脫黏”?，返修率極高。?

另一“極端”，則是?低溫燃料貯箱的冰封刺骨。新一代火箭在加注液氧等超低溫燃料后，貯箱壁的溫度驟降至?-183℃?。傳統貯箱采用多達9層的多層包覆防護技術，不僅重量大、結構復雜，同樣面臨易脫黏分層的困境。同時，對于“斤斤計較”甚至“克克計較”的航天任務，也成了制約火箭高頻次發射的瓶頸。

長征六號甲衛星整流罩

?“產學研用”融合成鏈 勇闖航天材料“無人區”?

有沒有辦法為火箭披上一身隔熱耐寒的“護甲”？上海交通大學化學化工學院朱新遠教授團隊，長期深耕于聚合物合成的科學前沿，其團隊顧問由我國著名高分子化學家顏德岳院士擔任至今。早在?2009年?，朱新遠團隊就取得一項重要突破——?發明雜化聚合制備“超支化”聚合物的新方法?，但當時還沒有具體的工程需求牽引。

?2013年，張崇印博士從上海交大畢業，加入我國運載火箭兩大總裝基地之一的?上海航天設備制造總廠有限公司?，?2015年?開始?負責公司新一代火箭高分子防護材料的研制工作?。

?此時，師生情緣與家國使命“火花碰撞”。朱新遠教授找到了張崇印博士，表達了將前沿的超支化聚合物技術應用于解決火箭安全防護難題的合作意愿。?一拍即合，他們迅速聯合?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，勇闖航天材料“無人區”。?

?在上海市科委推動下，2018年上海航天特種環境高分子功能材料工程技術研究中心獲得批復。由四川大學王琪院士、?上海交通大學顏德岳院士、東華大學朱美芳院士、上海交通大學朱新遠教授和航天材料及工藝研究所盧鵡研究員等專家?擔任技術委員會委員，?張崇印博士出任中心主任，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。

大團隊提出?極具顛覆性的構想：拋棄傳統的“拼拼補補”，采用一體成型的防護涂層！?這種方案只需一次噴涂即可成型，徹底消除拼縫隱患，理論上能?大幅提升可靠性，顯著縮短生產周期?。

朱新遠教授（右二）、張崇印博士（左二）等團隊成員在實驗室

“粘得牢、耐極溫、噴得好” 神奇涂層還走向奧運會

理想很豐滿，現實卻骨感。實踐發現，這種涂層必須?擁有三大“技能”：“粘得牢”，與金屬及復合材料的基體結合力超強；“耐極溫”，經受500℃以上的高溫沖刷和-183℃低溫沖擊不開裂、不失效；“噴得好”?，因為當功能填料超過一定比例?時，涂料瞬間變得“濃稠如泥”，?根本無法噴涂?。

?團隊的破解之道，在于將?超支化聚合物?與?無機功能填料?的優勢完美融合。朱新遠告訴記者，超支化聚合物是具有獨特三維立體枝狀結構的特種高分子，以往超支化聚合物的合成依賴單一聚合機理，容易交聯，結構也難調控。團隊另辟蹊徑，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，抑制了交聯副反應，結構可精準定制，實現了超支化聚合物的可控制備與規模化生產。

這樣的超支化聚合物就像“柔順劑”和“萬能膠”，其特殊結構能高效包裹、分散大量填料，大幅降低體系黏度，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，使涂層“粘得牢固”。

值得注意的是，超支化聚合物獨特的三維結構就像自帶彈簧，在受到應力沖擊時，通過分子內部空間的收縮進行緩沖；當應力消失后，分子又能恢復到原始狀態——這種與生俱來的優異韌性，賦予涂層抵抗極冷極熱沖擊而不開裂的能力。

為追上新一代火箭的研發進度，團隊借助AI力量，通過計算模擬并搭建相應的數據模型，在短時間內推算出所需的超支化結構。他們?成功攻克了超支化聚合物可控制備、高摻雜界面調控、極端環境耐受，以及機器人精準噴涂這四大核心技術堡壘?，最終實現了在高填料摻雜量?下航天涂層依然具備強結合力、卓越耐極溫性能和優異噴涂施工性的工程目標。

基于這套?完整成熟的新一代運載火箭表面防護“中國方案”，該項目的技術成果已成功應用于多個型號運載火箭，保障了新型號火箭的首飛任務，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，去年“長六甲”就將千帆極軌01組衛星精準送入預定軌道。

此外，團隊還將高性能聚合物技術拓展至民用領域，應用于北京冬奧會場館、巴黎奧運會設施、上海盧浦大橋重涂等標志性工程，并助力三棵樹涂料股份有限公司快速成長為民族涂料企業的領軍品牌，打破了國外企業對高端工業涂料的技術壟斷。

2025年8月17日16時55分，我國在西昌衛星發射中心使用長征四號丙運載火箭，成功將試驗二十八號B星02星發射升空，衛星順利進入預定軌道，發射任務獲得圓滿成功

上海市科委科普項目資助

來源：上觀新聞

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