給航空載人艙穿上“主動安全”外衣——記適用于載人密封艙的防腐殺菌熱控涂層技術
金屬材料以其優異性能在載人航天領域發揮著重要作用，但在極端復雜環境下易發生腐蝕，威脅著設備使用安全。而傳統有機涂層只能起到被動防護作用，一旦涂層受損失效，將發生嚴重的局部腐蝕，且難以解決抗菌、阻燃、疏塵等難題，亟須研制具有高性能、多功能涂層材料，提高載人艙運行的可靠性。
由北京石油化工學院新材料與化工學院表層改性與先進功能材料器件團隊與北京衛星制造廠有限公司聯合研發的“適用于載人密封艙的防腐殺菌熱控涂層技術”解決了這一系列難題，并獲得中國腐蝕與防護學會科學技術獎一等獎。
據項目牽頭人、北京石油化工學院新材料與化工學院副教授張優介紹，現階段，我國遠距離、長周期的深空探測、載人航天等任務面臨的環境愈加復雜，對新一代載人航天器長壽命、輕量化制造帶來新的挑戰，亟須研制具有高性能、多功能涂層材料以提高載人艙運行可靠性。
在此背景下，項目組主要針對兩大方向進行了技術攻關。一是載人艙內應用的抗菌、阻燃、環保、疏塵等多功能透明涂層，二是可在沿海高鹽霧氣候下應用的防腐涂層。
“空間站、載人登月等航天器密封艙都在海南發射，在航天器制造、運輸及儲存階段將面臨高溫、高濕、高鹽霧等氣候，惡劣的海洋性腐蝕環境增加了載人艙段鋁合金焊縫區域以及鎂/鎂鋰合金等金屬基材的腐蝕風險。另外，微生物會對空間站設備及材料造成嚴重腐蝕。除了滿足防腐外，艙內涂層還需滿足阻燃、抗菌、環保、透明等功能。”張優解釋道。
對此，項目組分別研制出三種針對性極強的 TAC 系列功能涂層，以優化載人艙性能，提高使用壽命，保障人員安全。相比于傳統被動防護涂層，這三種針對性極強的主動防護涂層，可自主感知環境變化實現自調節、自修復等特殊功能，以適應外界復雜環境變化，增強涂層的防護能力和使用壽命。該項目組研發的涂層已應用于空間站艙段、艙門、鎂合金結構機箱和支架等全部需要防護的艙內結構件，以及新一代載人飛船框段等。
其中，TAC-01載人艙內長效防腐抗菌涂層，突破了人艙內長效防腐抗菌涂層載人艙內低揮發—透明—防腐抗菌多功能約束實現技術，解決了載人密封艙長壽命防腐抗菌難題；TAC-02 鎂合金艙內防腐熱控涂層，突破了鎂合金艙內應用表面超薄膜層防腐、高發射率協同控制技術，解決了涂層在空間高低溫環境下韌性差、易開裂，在鎂合金表面成膜性能差等難題；TAC-03月塵防護涂層，突破了月面極端環境的細 粒徑月塵高效被動清除技術，解決了涂層高月塵清除效能/高月面環境適應性協同、涂層可見光透過率/耐磨性能綜合調控等難題，實現了涂層疏塵抑塵、低黏附、抗菌、強耐磨性和耐蝕性的長效結合。
2023年7月，該系列技術成果通過了由中國腐蝕與防護學會組織的科技成果評價。鑒定組一致認為，該系列技術解決了艙段級長效廣譜抗菌、高效長壽命防腐—熱控一體化、極端環境疏塵等難題，整體達到國際先進水平，特別是在防腐與抗菌技術方面處于國際領先水平。
截至目前，該系列技術已發表SCI論文20篇 ，申請專利16件，授權8件，為載人密封艙段輕量化設計和長壽命、高可靠應用提供了重要的技術支撐。
