有没有发现？传统火箭发射时，随着火焰升腾，好多“小碎片”从箭体上脱落，有如“天女散花”……而包括“长征六号甲”等新型号火箭在内，在我国最近的20多次运载火箭发射任务中，隔热结构不再往下“掉碎片”了。原来，这就是中国目前独步全球的表面防护材料技术，高可靠又有高效率，满足了火箭高频发射的国之大计需求。
2023年10月7日，在西班牙韦尔瓦省，“缪拉-1”火箭发射升空。 新华社/路透
今天（8月26日）上海市科技奖励大会上，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的最高荣誉——特等奖。他们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。这身新的“护甲”不存在大量拼接界面，克服了以往可靠性不高、制造周期长的痛点。
2024年10时00分，朱雀二号改进型遥一运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空，将搭载的光传01、02试验星顺利送入预定轨道，飞行试验任务获得圆满成功。 新华社发（汪江波 摄）
不惧“冰火两重天”
抢占太空轨道高地
事实上，火箭升空日益频繁，因为太空轨道资源稀缺。根据国际电信联盟（ITU）制定的“先登先占、先占永得”原则，申请卫星环绕地球运行的轨道后，必须在规定年限内完成整个卫星发射，否则宝贵的轨道使用权将自动失效。这意味着，运载火箭的年发射量在当前60多发基础上，后续将急速跃升。高可靠、低成本、快节奏的火箭发射能力，已然上升为国家需求。
没有金刚钻，别揽瓷器活。直飞九霄云外时，火箭的卫星整流罩和低温燃料贮箱是防护体系的关键屏障，面临着严苛的服役环境：位于火箭头部的卫星整流罩在穿越大气层时，需承受500℃以上高温气流的猛烈冲刷；而箭身的低温燃料贮箱，则需耐受液氧带来的-183℃极端低温冲击。
面对烈焰焚身的危险，国内外普遍采用手工粘贴防热软木片的整流罩隔热方案，但其工艺烦琐、效率较低，质量难以精确控制。此外，软木片极易吸湿“鼓包”、“脱黏”，返修率极高。
另一“极端”，则是低温燃料贮箱的冰封刺骨。新一代火箭在加注液氧等超低温燃料后，贮箱壁的温度骤降至-183℃。传统贮箱采用多达9层的多层包覆防护技术，不仅重量大、结构复杂，同样面临易脱黏分层的困境。同时，对于“斤斤计较”甚至“克克计较”的航天任务，也成了制约火箭高频次发射的瓶颈。
长征六号甲卫星整流罩。（资料照片）
“产学研用”融合成链
勇闯航天材料“无人区”
有没有办法为火箭披上一身隔热耐寒的“护甲”？上海交通大学化学化工学院朱新远教授团队，长期深耕于聚合物合成的科学前沿，其团队顾问由我国著名高分子化学家颜德岳院士担任至今。早在2009年，朱新远团队就取得一项重要突破——发明杂化聚合制备“超支化”聚合物的新方法，但当时还没有具体的工程需求牵引。
2013年，张崇印博士从上海交大毕业，加入我国运载火箭两大总装基地之一的上海航天设备制造总厂有限公司，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。
此时，师生情缘与家国使命“火花碰撞”。朱新远教授找到了张崇印博士，表达了将前沿的超支化聚合物技术应用于解决火箭安全防护难题的合作意愿。一拍即合，他们迅速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，勇闯航天材料“无人区”。
在上海市科委推动下，2018年上海航天特种环境高分子功能材料工程技术研究中心获得批复。由四川大学王琪院士、上海交通大学颜德岳院士、东华大学朱美芳院士、上海交通大学朱新远教授和航天材料及工艺研究所卢鹉研究员等专家担任技术委员会委员，张崇印博士出任中心主任，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。
大团队提出极具颠覆性的构想：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。
朱新远教授（右二）、张崇印博士（左二）等团队成员在实验室。（资料照片）
“粘得牢、耐极温、喷得好”
神奇涂层还走向奥运会
理想很丰满，现实却骨感。实践发现，这种涂层必须拥有三大“技能”：“粘得牢”，与金属及复合材料的基体结合力超强；“耐极温”，经受500℃以上的高温冲刷和-183℃低温冲击不开裂、不失效；“喷得好”，因为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。
团队的破解之道，在于将超支化聚合物与无机功能填料的优势完美融合。朱新远告诉记者，超支化聚合物是具有独特三维立体枝状结构的特种高分子，以往超支化聚合物的合成依赖单一聚合机理，容易交联，结构也难调控。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，抑制了交联副反应，结构可精准定制，实现了超支化聚合物的可控制备与规模化生产。
这样的超支化聚合物就像“柔顺剂”和“万能胶”，其特殊结构能高效包裹、分散大量填料，大幅降低体系黏度，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”。
值得注意的是，超支化聚合物独特的三维结构就像自带弹簧，在受到应力冲击时，通过分子内部空间的收缩进行缓冲；当应力消失后，分子又能恢复到原始状态——这种与生俱来的优异韧性，赋予涂层抵抗极冷极热冲击而不开裂的能力。
为追上新一代火箭的研发进度，团队借助AI力量，通过计算模拟并搭建相应的数据模型，在短时间内推算出所需的超支化结构。他们成功攻克了超支化聚合物可控制备、高掺杂界面调控、极端环境耐受，以及机器人精准喷涂这四大核心技术堡垒，最终实现了在高填料掺杂量下航天涂层依然具备强结合力、卓越耐极温性能和优异喷涂施工性的工程目标。
基于这套完整成熟的新一代运载火箭表面防护“中国方案”，该项目的技术成果已成功应用于多个型号运载火箭，保障了新型号火箭的首飞任务，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，去年“长六甲”就将千帆极轨01组卫星精准送入预定轨道。
此外，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、上海卢浦大桥重涂等标志性工程，并助力三棵树涂料股份有限公司快速成长为民族涂料企业的领军品牌，打破了国外企业对高端工业涂料的技术垄断。
2025年8月17日16时55分，我国在西昌卫星发射中心使用长征四号丙运载火箭，成功将试验二十八号B星02星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。\n 新华社发 刘茜 王胤杰 编制
上海市科委科普项目资助（项目编号：23DZ2305200）
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