如果將運載火箭比喻成探索太空的“游子”，那么，為了讓它們扛住旅途中極熱極冷的考驗，全球航天機構普遍會為它們“臨行密密縫”，也就是將一片片隔熱材料拼接成“護體鎧甲”。然而，隨著商業航天的迅速發展，面對越來越快的發射節奏，這身穿了幾十年的“游子身上衣”，其工序繁瑣、自身沉重、可靠性不足的缺點正被急劇放大。

對此，上海交通大學朱新遠教授領銜的航天團隊，以全球首創的全新材料和技術路線，用類似噴涂的方法，為運載火箭快速“噴”出一整套輕巧、可靠、無拼縫的新型“防護衣”，改寫火箭表面防護范式，奠定了我國在該領域的領先地位。今天（8月26日），這一成果榮獲2024年度上海市科技進步獎特等獎。

鎧甲有縫，航程難安

運載火箭要奔赴星辰大海，做好表面防護是關鍵挑戰。高速穿越大氣時，位于箭首的整流罩得承受超過?500℃的?氣流沖刷；箭體的燃料貯箱則因液氧等深低溫推進劑燃料，必須耐得住零下183℃的考驗。經過多年探索試錯，隔熱結構拼接防護方案成為各航天大國的普遍選擇。

然而，這身“鎧甲”存在諸多天然不足：一方面，以手工作業為主的拼接周期長、成本高；更重要的是，由于隔熱片之間存在拼縫，“鎧甲”整體的可靠性有限，加工后易鼓包、脫粘，極端情況下甚至可能被高溫擊穿，導致災難性后果——美國哥倫比亞號航天飛機失事，以及不久前太空探索公司的星艦在試飛中解體，都與熱防護材料的局部失效有關。

以往，人們通過投入更多時間、資源查漏補缺。但當前，太空軌道資源競爭愈演愈烈，要搶到太空“黃金地段”，必須持續以快節奏將衛星一批批送入太空?。為此，錘煉出高可靠、高效率、低成本的火箭發射技術，已成為國家戰略能力。而徹底解決火箭外層防護難題，則是繞不開的關鍵一環。

一噴成衣，火箭新生

用“顛覆”來描述朱新遠團隊對火箭表面防護技術的創新并不為過。簡單說，其核心就是“化拼接為噴涂”。他們研發出一類性能優異的高分子材料及設備、工藝，可像整車廠給汽車噴漆那樣，將特種熱防護涂料噴在火箭外部，干燥后一體成型，實現對火箭表面的無縫覆蓋。

這一全球首創的噴涂方案之所以難以復制，是因為要跨越三大挑戰：一是涂層必須?“粘得牢”，要和金屬、復合材料等火箭基體具有超強結合力；二是必須“耐得住”，在高溫和低溫考驗下不開裂、不失效；三是必須“噴得好”?，涂料如果沒有足夠的流動性，就無法噴涂。

某種意義上，這三大挑戰彼此牽制，構成了一個“不可能三角”：想要“粘得牢、耐得住”，必須在涂料基底成分中加入大量耐高溫、隔熱的無機功能性填料；而一旦加入填料，又很容易使涂料濃稠如凝膠，無法噴涂，同時還會大幅削弱涂層?與火箭表面的結合力?。

面對這道橫亙于全球航天界的難題，朱新遠團隊創造性地?提出“雜化聚合”法，可制備出一種特殊的高分子材料——超支化聚合物。這類材料擁有獨特三維枝狀結構，既像“萬能膠”，能與功能填料完美結合，還自帶“柔順劑”，可大幅降低涂料體系的粘度。此外，其富有彈性的“枝杈”就像八爪魚的腿，既可牢牢抓住基材，又極富韌性不易開裂。

實測表明，與拼接隔熱片方案相比，這一技術的成本和重量都降低了80%以上，制造周期和維護便利性也遠勝以往。研發過程中，他們還借力AI，幫助推算最理想的超支化結構，加速為不同航天器定制“防護服”。目前，該材料已成功應用于多型號火箭，累計實現20余次航天應用，尤其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了關鍵作用。

聚力成鏈，創新飛天

在火箭防護技術領域走到世界前列，不僅源于團隊的學術能力，同樣關鍵的是他們形成了“基礎研究源頭創新-核心技術攻關-工程化應用”的創新閉環。

師從我國著名高分子化學家顏德岳院士的朱新遠，自上世紀90年代進入上海交大后，一直深耕于聚合物合成的科學前沿，經過“十年磨劍”，?他和團隊在2009年發明了雜化聚合制備超支化聚合物的新方法。當時，朱新遠雖已預見到這種材料可用于航天，但苦于缺乏具體的工程需求牽引。直到幾年后，他與上海航天設備制造總廠有限公司張崇印團隊展開合作，同時聯手上海宇航系統工程研究所，一起研發新一代火箭防護材料，整條創新鏈被完全打通。

在這個跨界合作體系中，上海交大主攻基礎研究和材料開發，?上海宇航系統工程研究所?聚焦航天任務的需求分析、仿真驗證，上海航天設備制造總廠?則負責將實驗里的新材料轉化為產品。為深化產學研用融合，在市科委推動下，各方還組建了上海市航天特種環境高分子功能材料工程技術研究中心。最終，團隊開創了一條革命性的新技術路線，凸顯了協同創新在服務國家戰略、突破關鍵技術方面的重要價值。

如今，朱新遠團隊還在進一步探索新防護技術在航天領域的應用，包括為衛星、空間站等更多飛行器開發防護涂層，以提升它們應對宇宙射線、巨大溫差等惡劣空間環境的耐受力，甚至要確?！胺雷o衣”在太空安全服役20年。這一代表國際頂尖水平的中國方案，將為我國邁向更遠的深空提供堅實支撐。