9月8日晚，在东风发射场神舟宾馆二楼会议室的桌子上，摆放着一个很小巧的装置。装置由一个样品台和一个底座组成。样品台上布满一个个不同颜色的小格子。

 

这个装置就是安装在神舟七号载人飞船舱外的润滑材料试验装置，不同颜色的小格子就是要开展“神舟飞船应用系统固体润滑材料空间试验”的样品，其中还搭载了航天科技集团公司第805研究所提供的4种太阳能电池阵试验样品。

 

神舟七号载人飞船入轨后，在第29～30圈航天员进行出舱活动期间，这个固定着固体润滑材料的试验样品台将被回收，并带回地面。

 

神舟七号载人飞船固体润滑材料空间试验项目主管设计师、中国科学院兰州化学物理研究所研究员翁立军向记者演示了如何从底座上将润滑材料的样品台取下来。方法十分简单，只需要用一只手做“拨”、“拉”、“压”、“提”四个动作，样品台就下来了。然后，航天员将其装入与航天服材质相同的袋子里带回即可。

 

“整个过程看似简单，但为了完成这次试验任务，研究人员费尽了心思。”翁立军说。

 

满足航天航空发展的需要

 

为什么会选择携带固体润滑材料开展外太空的暴露试验呢？

 

“这主要是考虑到航天发展的需要。”翁立军告诉记者，固体润滑材料是目前航天器上应用非常广泛的材料。

 

据悉，固体润滑材料是一种重要的润滑材料，它是一类概念上与传统润滑材料（润滑油、润滑脂）完全不同的新型润滑材料，与传统润滑材料在摩擦界面上形成某种形式的流体或半流体膜而起到有效的润滑作用相对应，固体润滑材料主要是依靠材料本身及其转移膜的低剪切特性而具有优良的抗磨和减磨的作用。固体润滑材料在性能上极大突破了传统液体润滑材料的使用极限，这为解决现代航天航空高技术机械亟须解决的超低温、高温、超高真空、微重力、强辐射、高速高负载、特殊介质等典型特殊工况条件下的摩擦磨损问题提供了强有力的技术支持。

 

我国科学家自20世纪60年代初即结合国家“两弹一星”任务要求开展固体材料研究工作，已先后发展了多种具有优异润滑性能的固体润滑材料，如物理气相沉积润滑薄膜、黏结固体润滑涂层、金属基高温耐磨自润滑复合材料、聚合物基自润滑复合材料、纳米尺度润滑材料等，为国家航天航空领域解决了一系列具有特殊意义的润滑和磨损技术难题。

 

“我国早在东方红一号卫星发射时就开始使用固体润滑材料。”翁立军说，固体润滑技术本身就是应航天的发展而发展起来的。从神舟一号飞船开始，固体润滑材料以及空间应用试验就开始了。而航天的发展反过来又对固体润滑技术提出了新的更高要求。

 

“这是我国第一次开展固体润滑材料的外太空暴露试验。”翁立军介绍，通过这次试验，可主要开展低地球轨道环境，如原子氧、紫外辐射等对固体润滑材料结构和性能的影响以及失效破坏机制的研究，为未来长期留轨运行的航天器可靠工作，研发新一代高可靠性、长寿命空间固体润滑材料与润滑技术提供理论与技术支持。该项目由兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室主任刘维民研究员总体负责，中科院兰州化物所及光电研究院近20人参加。

 

安全可靠是关键

 

此次“神舟飞船应用系统固体润滑材料空间试验”的操作流程是：航天员在舱外打开试验装置的紧固机构→取回样品台→传递给舱内航天员→舱内航天员将样品台放入样品回收袋；航天员进入返回舱后，将样品台及样品回收袋在返回舱内指定位置上固定→返回舱返回后，在飞船总装厂移交试验样品。

 

“整个试验因为和航天员直接相关，因此试验的安全性和可靠性是最关键的，试验装置的设计、试验样品的选择都非常重要。”翁立军说。

 

首先是要求试验装置在设计时必须保证操作简单，航天员只需要用一只手简单操作就能将样品取下。同时，还要保障在飞船发射和飞行过程中，样品能紧锁，不会轻易脱落。

 

翁立军告诉记者，这个装置由中科院光电研究院与中科院兰州化学物理研究所联合研制。研究人员通过结构自锁和机械锁紧集成的模式，将试验样品台可靠地固定于飞船舱外，具备在解锁过程中机械锁紧装置被打开后，样品台仍可固定于样品台底座的功能；将机械锁紧与解锁机构集为一体，可通过简便的操作过程并通过辅助加力系统将样品台便利回收，保证了样品台及固定于其表面的试验样品的回收可靠性。

 

“试验装置在空间只须进行一次解锁操作，但为了确保这一次的成功，设计人员在地面进行了2000多次的解锁试验。”翁立军透露，从装置的方案设计到正样发射，研究人员前后设计了7套装置，所进行的解锁试验不下2000次，其中在真空环境下的试验达数百次。“通过可靠性验证试验考核表明，其可靠性符合任务要求，可靠度达到0.9965以上。”

 

其次是试验样品技术状态的确认。鉴于神舟七号载人飞船载人航天飞行任务周期的约束条件，要求试验样品可在较短的试验周期内取得有效的试验结果，要求确定的试验样品在原子氧环境中应有不同程度的反应，以便判别试验的效果。同时要求选取的样品在本项目试验周期内，应可明显反映原子氧等环境因素对固体润滑材料的影响效应并具有代表性。为此，研究人员开展了系统的研究分析工作，最终筛选确定了3类11种试验样品。主要包括三大类：润滑薄膜系列、润滑涂层系列和自润滑复合材料。

 

“这些样品涵盖了目前已在空间运动机构中获得成功应用的多种固体润滑材料，地面考核试验结果表明，可有效满足本项目研究目标。”翁立军说。

 

最终，研究人员会根据航天员取回的样品，研究低地球轨道环境原子氧和紫外辐射对固体润滑材料的表面结构、性能和失效损伤的机理；研究模拟真实工况条件下，润滑材料表面的摩擦化学物理问题。最终，通过评估天—地实验结果，建立可靠的地基模拟考核试验方法和技术，建立相关的理论模型。

 

《科学时报》 (2008-9-26 聚焦“神七”)