8月26日，上海市科学技术奖励大会举行，2024年度上海市科学技术奖授奖206项（人）。上海交通大学化学化工学院朱新远教授牵头的项目“新一代运载火箭表面特种防护涂层技术与应用”荣获科技进步奖特等奖。这项突破性的成果，在航天防护涂层领域实现了质的飞跃。团队‌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，开创了‌具有国际引领性的“中国方案”‌，为长征系列等新一代运载火箭的研制与批量生产，提供了坚实可靠的支撑。

在探索浩瀚宇宙的征途上，新一代运载火箭肩负着艰巨使命。它们对覆盖全身的“防护铠甲”——表面防护材料，提出了苛刻的要求：必须高可靠、高效率！其中，火箭卫星整流罩‌和低温燃料贮箱‌是防护体系的关键，面临着严苛的考验：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；而低温燃料贮箱则需耐受‌‌液氧带来的-183℃极端低温冲击。传统的隔热结构拼接技术，存在大量的拼接界面，可靠性不高、制造周期长，难以满足新一代火箭高可靠、快节奏发射的迫切需求。

为何火箭需要如此频繁地升空？关键在于稀缺的太空轨道资源！根据国际电信联盟（ITU）制定的“先登先占、先占永得”原则，卫星环绕地球运行的轨道如同太空中的“黄金地段”，申请后必须在‌规定年限内完成整个卫星的发射‌，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必须从当前的60多发‌，‌后续将急速跃升‌。高可靠、高效率、低成本的火箭发射能力，已然上升为国家需求！然而，这条通天之路布满荆棘。在长达七十多年的技术发展中，现实告诉我们：关键航天技术与材料“要不来、买不来、讨不来”，‌唯有依靠自主创新，走科技自立自强之路！‌

披覆在火箭表面的高分子防护层，是守护火箭安全升空的关键“屏障”。然而，卫星整流罩和低温燃料贮箱这两大“要塞”，服役环境严苛：

‌卫星整流罩：烈焰焚身！‌ 它位于火箭最前端，当火箭高速穿越稠密大气时，表面温度瞬间飙升至500℃以上‌。如此高温下，构成火箭主体的铝合金和复合材料的强度会急剧下降，舱内精密的仪器设备也会因高温“罢工”。因此，必须给整流罩披上高效的“隔热斗篷”。国内外普遍采用‌手工粘贴防热软木片‌的方案，这种方案工艺繁琐、效率较低，质量难以精确控制。此外，软木片容易吸湿‌“鼓包”、“脱粘”‌，返修率很高！这些问题如同悬在头上的“达摩克利斯之剑”，严重威胁着火箭和卫星的安全。‌

‌低温燃料贮箱：冰封刺骨！‌ 新一代火箭采用液氧等超低温燃料。燃料加注后，贮箱壁温度骤降至‌-183℃‌。传统贮箱采用的‌多层包覆防护技术不仅重量大、结构复杂，同样面临易脱粘分层的困境。为了克服上述问题，新型号火箭设计中取消了绝热层，尝试将防护涂层直接喷涂在冰冷的金属舱壁上。但普通防护涂层在如此极寒下会变得‌脆如薄冰，极易开裂、剥落失效‌，丧失保护作用。‌

上述“冰火交织”的严峻挑战，不仅时刻威胁着火箭和卫星的安全，更成为了制约火箭高频次发射的瓶颈，‌一场防护技术的革命迫在眉睫！‌

故事的转折点，源于一次深思熟虑的“跨界”碰撞。上海交通大学朱新远教授团队，长期深耕于聚合物合成的科学前沿。该团队由我国著名高分子化学家颜德岳院士奠基，如今颜院士仍担任团队顾问。早在‌2009年‌，朱新远教授团队就取得了一项重要突破——‌发明了杂化聚合制备超支化聚合物的新方法‌。朱教授敏锐地洞察到这项技术的巨大潜力，并前瞻性地探索其在航天工程领域的应用可能性，但当时苦于没有具体的工程需求牵引。

与此同时，一位交大学子正投身于航天的星辰大海。‌2013年，张崇印博士‌怀揣航天报国的赤子之心，从上海交大毕业，加入了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‌。此时恰逢‌新一代运载火箭研制的关键时期‌，张博士凭借着出色的技术攻关能力，在‌2015年‌开始‌负责上海航天设备制造总厂有限公司新一代火箭高分子防护材料的研制工作‌。面对整流罩和贮箱的防护难题，攻关团队一度陷入困境，举步维艰。

‌就在这时，师生情缘与家国使命产生了奇妙的化学反应！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防护难题的合作意愿。师生两人‌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。

‌上海市科学技术委员会高度重视航天材料研发，在其推动下，2018年，一个重要的平台诞生——上海航天特种环境高分子功能材料工程技术研究中心正式获得批复。‌该中心汇聚了高分子功能材料领域的顶尖智慧：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。在这个体系中，上海交通大学潜心基础技术研究和新材料开发；‌上海宇航系统工程研究所‌聚焦航天器的热环境分析、仿真与地面试车验证；而‌上海航天设备制造总厂有限公司‌则肩负着将防热材料从实验室配方转化为可靠产品的重任，攻克工程化应用的“最后一公里”。

面对新一代火箭表面防护的“冰火九重天”，团队提出了一个‌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‌。然而，理想很丰满，现实却异常骨感。

实践发现，要打造满足火箭严苛要求的“防护铠甲”，难度超乎想象！这种涂层必须‌“粘得牢”（与金属/复合材料基体结合力超强）、“耐极温”（500℃以上的高温冲刷、-183℃低温冲击不开裂不失效）、“喷得好”‌。为了获得这些性能，必须在涂料中添加大量的功能填料（如耐高温、隔热、增强的微粒）。但当填料超过一定比例‌时，涂料瞬间变得“浓稠如泥”，‌根本无法喷涂‌！同时填料也极易抱团（团聚），导致涂层内部应力集中，‌与基体的粘接力急剧下降‌。如何突破“‌粘得牢、耐极温、喷得好‌”的三重枷锁，成为横亘在团队面前的最大难关！

‌团队的破解之道，堪称材料设计的艺术！‌ 他们创造性地将‌超支化聚合物‌与‌无机功能填料‌的优势完美融合。超支化聚合物是一种具有独特三维立体枝状结构的特种高分子，以往超支化聚合物合成依赖单一聚合机理，易交联、结构难调控，无法实现工业应用。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，成功将传统合成的“等活性”转化为“非等活性”调控，抑制了交联副反应，实现了结构精准定制的超支化聚合物的可控制备与规模化生产。超支化聚合物就像神奇的“柔顺剂”和“万能胶”，其特殊结构能高效包裹、分散大量填料，大幅降低体系粘度，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”；另外，超支化聚合物独特的三维结构就像自带弹簧，在受到应力冲击的时候通过自身分子内部空间的收缩来进行缓冲，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。然而，并不是所有的超支化都可以展现出上述性能，并且在不同的应用环境需要开发相应的超支化结构，这样才能“对症下药”。常规的实验室筛选方案耗时耗力，极度低效，难以追上新一代火箭的研发进度，团队借助AI的力量，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，极大提升了开发效率。团队‌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、机器人精准喷涂四大核心技术堡垒‌，最终实现了高填料掺杂量‌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目标！这不仅是一套技术，更是一套‌完整成熟的新一代运载火箭表面防护解决方案‌，是当之无愧的“国际引领的中国方案”！他们用智慧和汗水，为中国的火箭披上了一层高效可靠的“中国铠甲”，支撑着中国航天迈向更远的深空。

项目成果已在我国航天领域取得系列重大突破。该技术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，累计实现多次（二十余次运载领域）航天应用。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。2024年8月6日，长征六号甲将千帆极轨01组卫星精准送入预定轨道。近五年来，团队持续为多项国家发射任务提供技术支持，展现了该材料在极端环境下的卓越性能和可靠性。这些应用成果不仅验证了超支化聚合物材料的先进性能，更体现了产学研协同创新在突破关键技术瓶颈、服务国家需求方面的重要价值。团队还将研发的超支化聚合物技术拓展至民用涂料领域，应用于北京冬奥会场馆、巴黎奥运会设施、上海卢浦大桥等标志性工程，不仅创造了可观的经济效益，更打破了国外企业对高端工业涂料的技术垄断，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