4月16日，在太空遨游了半年的神州十三號載人飛船重回地球，標志著中國航天又站在新的起點上。在國人欣喜的歡呼聲中，中國科學院院士劉維民陷入更深的思考。他曾擔任“神舟七號飛船固體潤滑材料空間環(huán)境試驗”項目及科技部潤滑材料領(lǐng)域973項目首席科學家。

接受《瞭望》新聞周刊專訪時，劉維民告訴記者，潤滑是一門古老的學科，無處不在的摩擦使?jié)櫥蔀橛篮愕难芯空n題。目前，我國自主研發(fā)的潤滑技術(shù)和材料在航天領(lǐng)域得到大量應(yīng)用，但在我國從制造大國向制造強國邁進中，支撐高端制造業(yè)發(fā)展的潤滑劑、潤滑脂等核心材料，其相關(guān)設(shè)計理論、制備技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)等仍存在較多難題。

如何才能持續(xù)推動、提升我國在高端潤滑材料領(lǐng)域的研發(fā)創(chuàng)新能力，為中國制造業(yè)和中國航天事業(yè)作出更多貢獻？

中科院院士劉維民

自主研發(fā)航天潤滑材料成績卓著

《瞭望》：潤滑材料研究對于航天工程意味著什么？

劉維民：航天工程是一個龐大的系統(tǒng)工程，涉及方方面面。其中，運載工具、空間飛行器、月球及火星巡視器等包含的眾多機械運動機構(gòu)或部件都需要潤滑。如運載工具推進和伺服系統(tǒng)、空間交會對接機構(gòu)、姿態(tài)控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、機械臂等。這些機械運動機構(gòu)或部件通常工作于高/低溫交變、高真空、強輻射、高低速度、特殊介質(zhì)等苛刻環(huán)境條件下。潤滑是它們可靠運行及維持設(shè)定運行壽命的最重要保障。

現(xiàn)今，隨著技術(shù)進步，空間飛行器運行時間已可達15年甚至更長。航天工程昂貴的成本及空間運動機構(gòu)潤滑材料難以更換等特點，要求潤滑材料應(yīng)具有良好的環(huán)境適應(yīng)性、優(yōu)良的性能穩(wěn)定性及超長的服役壽命。潤滑故障或潤滑失效將帶來災(zāi)難性后果或巨大損失，這對航天潤滑提出了嚴峻挑戰(zhàn)。

為解決航天潤滑問題，美國國家航空航天局（NASA）于1958年、歐洲空間局（ESA）于1972年分別成立專門機構(gòu)，從事航天潤滑研究，研發(fā)了一系列空間潤滑材料技術(shù)，建立了十分完備的材料考核評價體系。盡管如此，世界范圍內(nèi)包括美國、英國、法國、德國等航天大國仍然發(fā)生了超過20起空間潤滑故障或失效事故，造成重大經(jīng)濟損失。

《瞭望》：我國航天潤滑材料有哪些重要成果？

劉維民：我國航天潤滑材料研究始于20世紀60年代，現(xiàn)在的固體潤滑國家重點實驗室，前身就是中國科學院蘭州化學物理研究所（簡稱蘭州化物所）摩擦、磨損與潤滑實驗室。經(jīng)過四代人堅守、努力，我們已經(jīng)建立了我國獨立自主的航天潤滑體系及航天潤滑實驗考核系統(tǒng)，發(fā)展了包括5類空間潤滑油脂、6類固體潤滑薄膜、20多種粘結(jié)潤滑涂層、多個固體－油脂復(fù)合潤滑體系及聚合物復(fù)合潤滑材料等具有特殊性能的航天潤滑材料。其中，蘭州化物所研制發(fā)展的潤滑材料技術(shù)應(yīng)用于長征系列火箭發(fā)動機及火箭伺服機構(gòu)、衛(wèi)星太陽能帆板及天線系統(tǒng)、能源系統(tǒng)及生命保障的相關(guān)運動部件，以及月球和火星巡視器相關(guān)運動機構(gòu)，滿足了現(xiàn)階段我國航天工程對空間潤滑材料和技術(shù)的需求。

航天潤滑團隊于2008年利用神舟七號飛船第一次開展了固體潤滑材料的外太空環(huán)境試驗，為發(fā)展耐高低溫、抗原子氧輻照的航天潤滑材料提供了理論依據(jù)。航天潤滑研究工作先后獲國家自然科學獎二等獎、國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎，并獲得人力資源和社會保障部、工業(yè)和信息化部、解放軍原總裝備部聯(lián)合頒發(fā)的“中國載人航天工程突出貢獻集體”獎牌。

“潤滑”提速經(jīng)濟發(fā)展

《瞭望》：我國潤滑材料的研發(fā)和應(yīng)用在國際上處于什么水平？

劉維民：約一萬年前，人類發(fā)明了輪子，這被認為是一項重要的技術(shù)進步，因為輪子使大多數(shù)運動由高阻力的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥枇Φ臐L動摩擦。從輪子到軸承和齒輪，極大地促進了人類文明進步及社會發(fā)展。潤滑是保障軸承、齒輪等裝備運動動力系統(tǒng)高效率、高可靠、長壽命運行的關(guān)鍵材料技術(shù)，對節(jié)省能源和資源具有重要作用。

人類對潤滑材料的研究與應(yīng)用先后經(jīng)歷了水、動物脂肪、植物油、礦物油、合成潤滑油及固體潤滑的歷程。歐美發(fā)達國家在潤滑油、潤滑脂等領(lǐng)域研究歷史悠久。以美孚、殼牌、路博潤等為代表的跨國公司投入大量資金及人力資源持續(xù)研發(fā)高端潤滑油脂，其中美國在合成潤滑油、潤滑油脂添加劑方面優(yōu)勢明顯，占據(jù)了很大的國際市場份額。德國和日本能夠生產(chǎn)國際上最高端的潤滑脂，如精密機床潤滑脂、高速鐵路軸承潤滑脂、盾構(gòu)機潤滑脂等。

我國在固體潤滑材料領(lǐng)域與發(fā)達國家相比有一定差距。由于對汽車和金屬加工等領(lǐng)域使用的固體潤滑材料研發(fā)與應(yīng)用方面積累不夠，我國國產(chǎn)產(chǎn)品的種類及性能與發(fā)達國家相比還存在不足。在潤滑油脂領(lǐng)域，中國石化潤滑油有限公司、中國石油化工股份有限公司潤滑油分公司生產(chǎn)的潤滑油占據(jù)了國內(nèi)較大的市場份額。近年來它們也都更加重視對高品質(zhì)潤滑油和潤滑脂的研發(fā)與應(yīng)用推廣工作。

蘭州化物所高端裝備潤滑油脂研發(fā)團隊近年來開展了合成酯類潤滑油、特種潤滑添加劑、高承載齒輪油、高端潤滑脂等研發(fā)工作，相關(guān)產(chǎn)品先后在礦山冶金、水泥生產(chǎn)、人造板及塑料加工、軌道交通、風力發(fā)電等裝備運動系統(tǒng)或機構(gòu)獲得規(guī)模應(yīng)用，部分產(chǎn)品替代了進口產(chǎn)品，顯著提升了我國在高端潤滑材料領(lǐng)域的研發(fā)創(chuàng)新能力。

《瞭望》：潤滑材料研究面臨哪些新問題、新挑戰(zhàn)？

劉維民：先進潤滑材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、鋼鐵冶金、高速鐵路、精密機床、風力發(fā)電、海洋工程、核技術(shù)等重要工業(yè)領(lǐng)域。隨著新技術(shù)發(fā)展，潤滑材料研究也面臨新挑戰(zhàn)。

從學科未來發(fā)展態(tài)勢及國家高技術(shù)工業(yè)對潤滑材料的需求來看，未來在科學層面需要回答，摩擦、磨損是如何發(fā)生的、能否獲得近零摩擦（超潤滑）和磨損，潤滑材料的研究范式能否革新，潤滑材料技術(shù)能否更加智能或自適應(yīng)變工況條件等科學問題。在技術(shù)層面，需要突破潤滑基礎(chǔ)原材料及高端潤滑材料產(chǎn)品的制備技術(shù)，苛刻環(huán)境條件下潤滑材料的考核評價技術(shù)，裝備同壽命周期潤滑技術(shù)，多功能潤滑油脂設(shè)計制備技術(shù)，潤滑產(chǎn)品的綠色化及再生利用技術(shù)，生命醫(yī)學潤滑材料等技術(shù)瓶頸問題。

為了保障我國智能制造、先進制造及重大裝備設(shè)施的快速發(fā)展，必須將潤滑材料學科擺在更加重要的戰(zhàn)略高度予以考量，用先進材料技術(shù)“潤滑提速”新時代經(jīng)濟發(fā)展。

2022 年4月16日，神舟十三號載人飛船返回艙在東風著陸場預(yù)定區(qū)域成功著陸 彭源 攝

《瞭望》：對于我國潤滑學科發(fā)展，你有哪些建議？

劉維民：我國潤滑材料學科發(fā)展一直秉承面向應(yīng)用，從實際需求出發(fā)，積極探索解決工程領(lǐng)域中的潤滑問題。從制造大國向制造強國邁進中，高端制造業(yè)、航空航天、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域?qū)ο冗M潤滑材料的需求更加迫切，要求突破環(huán)境適應(yīng)性、性能穩(wěn)定性、產(chǎn)品精細化等諸多技術(shù)瓶頸。

此外，潤滑材料和技術(shù)研究體現(xiàn)了多學科交叉的特點，需要從機械工程、化學、物理、力學、材料等多個學科方向進行綜合研究。由于潤滑材料產(chǎn)業(yè)資金投入及技術(shù)研發(fā)投入需求較大，加之涉及的材料種類繁多，研發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用周期較長。

鑒于潤滑材料、技術(shù)在裝備中的重要性，以及我國高端潤滑材料研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的滯后現(xiàn)狀，建議采取必要措施或政策，積極推進該領(lǐng)域研究和應(yīng)用，保障我國潤滑材料學科健康發(fā)展。

一是加強基礎(chǔ)研究，重視原創(chuàng)性研究成果。國家應(yīng)繼續(xù)加大對潤滑材料基礎(chǔ)研究的支持力度，特別是加大對具有原創(chuàng)性理論與技術(shù)的探索研究。同時，鼓勵學科交叉研究與跨學科合作。潤滑材料是材料科學的一個分支，但嚴格意義上，潤滑材料的設(shè)計、制備與工程應(yīng)用涉及數(shù)學、力學、物理學、化學、冶金學、機械工程、材料科學、石油化工等多個學科，潤滑材料學科的發(fā)展進步與其他交叉學科息息相關(guān)。建議國家相關(guān)部門設(shè)立專項資金，鼓勵支持潤滑材料領(lǐng)域開展多學科交叉研究。

二是強化學術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界合作交流，形成學研產(chǎn)用合作聯(lián)盟。目前，國內(nèi)潤滑材料領(lǐng)域?qū)W術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界技術(shù)交流、人才流動等方面互動性有較好的發(fā)展勢頭。國家宜鼓勵高校、科研機構(gòu)針對產(chǎn)業(yè)界面臨的科學與技術(shù)難題開展?jié)櫥I(lǐng)域的前瞻性研究，為潤滑油脂企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)高端潤滑材料提供科學基礎(chǔ)和技術(shù)支持；重視發(fā)揮企業(yè)積極性，支持企業(yè)與科研院所開展高端潤滑產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)品的應(yīng)用性能和使役行為研究；推動潤滑油脂企業(yè)的技術(shù)進步，促進企業(yè)向更高目標和方向邁進，做綠色環(huán)保、高效節(jié)能、全壽命的引領(lǐng)未來發(fā)展的高端產(chǎn)品。通過共建聯(lián)合實驗室、聯(lián)合研發(fā)中心等推動研究機構(gòu)與生產(chǎn)企業(yè)間的合作與交流；將學、研、產(chǎn)、用四方面結(jié)合起來，形成戰(zhàn)略合作聯(lián)盟，推動高端潤滑材料的研發(fā)與生產(chǎn)應(yīng)用。

三是加大投入，重視對高端潤滑材料的開發(fā)。我國工業(yè)化進程還在快速發(fā)展階段，亟需國家及企業(yè)重視對高端潤滑材料技術(shù)的研發(fā)，縮小在高端潤滑油脂等領(lǐng)域與發(fā)達國家的差距。

四是重視潤滑材料標準化建設(shè)工作。隨著我國裝備制造業(yè)的發(fā)展以及潤滑材料學科的發(fā)展，有必要建立中國自己的潤滑材料標準，同時應(yīng)積極參與國際重要潤滑材料標準的制定工作，中國石油、中國石化等大型國有龍頭企業(yè)應(yīng)發(fā)揮骨干引領(lǐng)作用。

《瞭望》：在專業(yè)人才培養(yǎng)方面，有哪些建議？

劉維民：人才是科技創(chuàng)新的主體，潤滑材料研究和創(chuàng)新需要大量專業(yè)人才接續(xù)不斷地努力。我們應(yīng)始終重視人才培養(yǎng)和隊伍建設(shè)工作。建議國家從以下幾個層面著手：

在理工類高校及裝備制造產(chǎn)業(yè)加強潤滑知識的教育普及，強化對潤滑材料專業(yè)人才的培養(yǎng)；鼓勵產(chǎn)業(yè)界與高?？蒲性核⒙?lián)合人才培養(yǎng)機制，以便更好地為產(chǎn)業(yè)界培養(yǎng)輸送研發(fā)人才，增強產(chǎn)業(yè)發(fā)展后勁，加強對青年科研骨干的培養(yǎng)與支持工作，鼓勵其參加國內(nèi)外學術(shù)、產(chǎn)業(yè)會議，同時重視工程技術(shù)人才的培養(yǎng)與團隊建設(shè)工作。在人才隊伍建設(shè)中，還應(yīng)重視愛國主義和集體主義的宣傳教育，學習新時代科學家精神，造就“忠誠、愛國、擔當、奉獻”的科研創(chuàng)新團隊，打造國家潤滑材料研究的戰(zhàn)略科技力量。