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三院306所科技委主任裴雨辰做客CGTN《观点聚焦》栏目 展示航天材料技术发展成果

裴雨辰
研究员
研究员，航天科工集团先进材料技术领域首席专家，第三研究院新材料产业技术总监，三〇六研究所科技委主任
近日，集团公司先进材料领域首席专家、三院306所科技委主任裴雨辰接受中国国际电视台（CGTN）俄语频道《观点聚焦》栏目专访，相关报道于10月8日在CGTN俄语频道播出。
 
《观点聚焦》是中央广播电视总台所属的CGTN俄语频道的一档高端访谈节目，曾采访外交部、上海合作组织、中国社科院、北京大学、清华大学等政治、经济、科技、文化等不同领域有影响力的人物，解读国内外热点话题。
 
为迎接党的二十大胜利召开，CGTN俄语部特策划推出制作一批访谈节目，用以介绍党的十八大以来中国航天发展成就。该采访内容除了在《观点聚焦》栏目播出，还将同步投放在中俄头条客户端、CGTN俄文官网、俄语频道微博、等境内外社交平台。
在时长30分钟的访谈节目中，裴雨辰围绕航天材料技术的概况、典型航天材料性能特点、十年来航天材料技术的发展进步、当前航天材料技术研发热点、航天材料技术在民用领域的应用、中国航天材料技术得以快速发展的原因、中国航天人才队伍的建设和培养以及对于航天先进材料技术未来发展的展望、航天材料技术领域的国际合作等九个方面进行了深入浅出地讲解。
 
问题一：党的十八大以来，中国航天事业进入了发展的快车道。航天在普通人眼中一直都是非常神秘的，像火箭、卫星、飞船、空间站等。大家都知道各种航天器都要使用到材料。您能否介绍一下航天领域特种材料的概况？
 
答：航天材料是航天型号的物质基础与技术先导，其性能与质量水平是衡量航天型号先进性与可靠性的重要标志。
 
在过去的十年里，航天材料专业不断发展壮大并日益成熟，有效支撑了航天型号的发展。
 
以高性能树脂基结构复合材料为代表的轻质结构材料，使得卫星承担有效载荷的能力大幅度提高，使导弹武器的射程和载荷得到了有效保证。
 
以碳/酚醛烧蚀防热复合材料为代表的先进功能复合材料，保障了各类航天器返回及全天候机动再入的实现。
 
先进热控、高温密封等特殊环境功能材料，提高了高功率中低轨卫星的在轨寿命。
 
以TC4为代表的钛合金等金属材料，保证了新一代大型运载火箭的可制造性与结构可靠性。
 
航天材料技术是伴随着航天工业的发展而同步发展起来的，已经有了60多年的历史，主要是靠中国人自己发展起来的，这是我们航天材料科技工作者值得骄傲的地方。
 
构建起了完整的航天材料体系，包括航天器结构材料、航天动力材料、高温热防护材料和特殊环境功能材料等。
 
形成了完整的材料产业链，包括基础原材料、航天材料及配套成型工艺。
 
建成了完整的材料研发体系，包括材料研制、构件生产、产品检测及性能试验等。
 
总之，航天材料技术完全可以支撑保障各类航天装备的研发批产，形成了专业种类齐全、研发条件完善、人员队伍合理的局面。
 
问题二：航天材料在各类航天器的研制生产中起着非常重要的作用，近年来在重大航天工程中都有所体现，您能否具体介绍一下航天材料有什么特殊的地方？或者举例说明一些典型的航天材料具有哪些特点？
 
答：近年来，我国“神舟”飞船、“天宫”空间站、“嫦娥”探月和“天问”探火等重大航天工程顺利实施，备受国际社会关注，这些工程均得到了航天材料的有效支撑，型号技术的发展也不断见证并验证了航天材料技术的进步与成熟。
 
伴随着航天领域的拓展和航天技术的进步，植根于材料大家族的航天材料逐步形成了与航天特殊环境及航天装备特殊要求息息相关的自身特色。
 
航天材料学科具有五大显著特色:先进性、前沿性、可靠性、带动性、协作性。
 
先进性源于苛刻的设计要求，需要挖掘材料力学、物理或化学的极限性能。例如，卫星太阳能电池基板的面密度1kg/㎡，结构质量比<10%，甚至更低，这些要求常常代表着同类材料的最高水平。
 
前沿性源于航天材料极端的使用环境，在极端的使用环境下材料物态物性发生非稳态变化，其使用行为涉及多种专业技术和交叉学科发展的前沿。例如，在3000℃以上的气动或燃气环境下，材料表面及次表面出现多相并存状态，同时还存在热、力耦合，材料超高温使用行为的预测和模拟一直是具有挑战性的前沿课题。
 
可靠性源于航天型号的特殊性，材料使用安全系数往往比较小，失效机制复杂，“差之毫厘，失之十里”，人类几次大的航天灾难均与材料的失效相关。例如，1986年的“挑战者”号由于-13℃氟橡胶密封失效导致灾难，2003年的“哥伦比亚”号因为外储箱绝热泡沫撞击抗氧化C/C复合材料造成再入返回失败。
 
带动性源于航天材料的前沿性和先进性，航天材料专业的发展带动并促进了化工、治金、能源等基础工业的进步，也带动了物理、力学、低温学等学科的发展，航天材料在近代科学技术成就中占有特殊的地位。
 
协作性源于航天型号的系统工程性与可靠性，为了实现工程应用，需要高等院校完成基础理论研究、基础工业部门完成原材料研发、航天系统完成材料工程应用研究。各单位间优势互补、相互协作，在竞争与联合中不断发展壮大航天材料技术学科，共同支撑航天型号的发展。
 
问题三：十年来我国的材料技术取得了长足的发展，航天材料技术更是取得了突出进步，成为我国航天事业持续发展的核心技术之一，您能否具体谈谈航天材料领域的技术进步吗？航天材料技术对航天装备的发展产生了怎样的影响？
 
答：航天材料是个大家族，可能有成百上千个品种，对航天装备的发展都是需要的。这里我介绍三类最有航天特色的材料，它们对航天装备性能的影响是决定性的。
 
一是轻质化结构复合材料，这类材料使得航天器的结构质量系数减的下来、有效载荷增的上去。我们航天人常说“为了减轻飞行器一克的重量而奋斗”，这种材料最能体现这句话的价值。
 
轻质化结构复合材料在航天型号中的应用日益广泛，固体火箭发动机壳体、卫星结构基本实现了全复合材料化，载人航天器的结构也逐步扩大了复合材料的使用范围。
 
自主研发了高强高韧环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、氰酸酯树脂及它们复合材料，满足了航天型号结构减重的需求，有效支撑了各类航天器有效载荷比的提高。
 
二是高温热防护材料，这类材料使得航天器在穿过大气层返回地球的时候烧不坏、能够回得来。热防护材料是最具航天特色的材料，它燃烧掉自己，带走热量，保护飞行器结构完整，可以说没有热防护材料就没有整个航天。
 
针对探月工程对防热结构提出的中高热流、高焓、长时、强气流冲刷及轻质高效的防热要求，研制了新型蜂窝增强碳基烧蚀防热材料体系，密度仅为0.5g/cm3；形成了系列低密度烧蚀防热材料，成功应于探月返回舱。
 
发展了系列树脂基中低密度烧蚀防热材料，材料密度降低到了1.0g/cm3，同步研究了大尺寸非回转体复杂形状构件制造技术，解决了我国多种临近空间飞行器的防热问题。
 
三是特殊环境功能材料，这类材料使得航天器的许多特殊功能得以实现，比如耐磨材料、密封材料等，特殊环境功能材料品种多、用量少、作用大。往往依靠全国大协作完成。
 
研制了溅射复合润滑薄膜材料、黏结复合润滑涂层材料、类金刚石硬质薄膜材料等系列润滑材料，实现了各种空间活动机构高真空、微重力、宽温区范围内服役中防冷焊、低摩擦、耐磨损功能。
 
耐特种介质与密封材料研究进展也很大，液体全氟聚醚橡胶胶料及密封制品得到广泛应用，温域范围达到-40~350℃；低压缩变形密封材料满足发射瞬间大变形的补偿要求；热密封材料及各类热密封产品，可有效阻碍“热”传递。
 
问题四：临近空间飞行和深空探测是未来航天领域发展的重要方向，我们的材料技术是不是又遇到了新的挑战？为了支撑这两个重要领域的发展，航天材料技术提前做了预先研究工作，具有了相应的技术储备吗？
 
答：针对临近空间飞行和深空探测，航天材料领域有针对性地开展了大量的研究工作，可以举几个例子。
 
在低烧蚀/非烧蚀C/C复合材料方面，重点发展了超高温陶瓷组元掺杂和表面抗氧化技术，解决了临近空间飞行器头锥和舵翼前缘材料烧蚀问题。
 
在热结构材料方面，主要发展了抗氧化C/C、C/SiC、SiC/SiC等材料体系，突破了大尺寸薄壁复杂部件的制备、加工、测试等技术，材料在1500℃以上长时间有氧环境中可实现重复使用。
 
在高温隔热材料方面，发展了超低热导率、耐高温、高强度和透波隔热等多个材料体系，具备了大尺寸、异型面构件的制备能力。其中纳米隔热材料的最高使用温度由650℃提升到1000℃以上。
 
问题五：每一次中国航天的“高光时刻”都会引发无数国人的民族自豪感。您能否谈谈航天材料技术是否会“飞入寻常百姓家”，和普通人的生活产生联系？航天材料技术可以转化为民用领域的应用吗？
 
答：航天技术的研发，国家先期的经费投入是很大的，这也是为什么只有经济实力强大的国家才能大力发展航天工业。另一方面，航天技术对社会的回报，包括经济回报也是相当可观的，一些航天技术可以直接转化为民用产品，造福于人类社会，产生很好的经济效应。
 
材料是基础行业，技术通用性强，转化为民用产品的例子很多。比如上世纪80年代，为了解决宇航员的排尿问题，唐鑫源先生改进了太空服，加入高分子SAP吸收体，发明了吸水性极强的纸尿片，被人称为“太空服之父”。后来转为民用，就是现在千家万户使用的、大名鼎鼎的“尿不湿”。
 
我们自己的例子也有，航天海鹰（镇江）特种材料有限公司，承研C919大飞机的复合材料机体结构任务。就应用了软模成型技术，该技术最早本来是为航天型号复合材料构件开发的，很好地解决了共固化成型过程中的加压均衡、加温均匀的难题，研制生产了满足民用航空国际适航标准的复合材料构件。航天材料技术直接转化为民用航空应用。
 
还有一个例子是我们研发成功的相变材料水杯，是一款快速降温的航天水杯，1分钟内就可以将开水从100℃降低到45℃左右，并且兼具保温功能，可以非常方便地为婴幼儿冲泡奶粉，同时衍生出了咖啡杯、黄酒杯等系列化的产品，满足不同人群的使用需求。
 
这样的例子是非常多的，今天仅举几个例子。
 
问题六：中国的航天事业，包括航天材料，取得了举世瞩目的成就，您能否跟我们分享一些取得这些成功背后的原因？这些年我们的航天材料企业和材料科技工作者都采取了什么有效措施？
 
答：材料工业是国民经济的基础产业，与能源、信息并称为现代社会的三大支柱产业。新材料技术是工业发展的先导技术，对于引领国家战略性新兴产业发展、保障国家重大工程建设、促进传统产业转型升级具有重要的战略意义。
 
《“十三五”国家科技创新规划》和《国家战略性新兴产业发展规划》分别将新材料作为加快部署的重点领域和战略性新兴产业方向，航天材料是在国家新材料产业发展大的背景下高水平发展的。
 
国家各方面在经费上的加大投入、在政策上的大力支持，无论是装备发展部、国防科工局、还是国家科技部，近年来都特别重视材料专业技术的发展，各地方省市在科技项目的安排上也都给材料研究类项目极大的支持，良好的政策氛围给航天材料技术的发展提供了广阔的空间。
 
航天型号的发展对材料技术起到了需求牵引作用，对材料技术提出了很多新的要求，为了支撑航天装备的升级换代，航天材料企业和材料科技工作者积极应对，科学制定了材料专业的战略发展规划并有效组织了实施，使得材料技术得到了完整快速系列化的发展。 
 
航天材料领域内有一大批默默奉献的专家和技术骨干，他们秉承老一辈航天人的精神，为了航天材料技术的发展，在科研生产一线刻苦钻研、无私奉献。此外，航天相关材料研发单位都结合自己的实际情况，走出了有特色的发展道路。我相信航天材料领域还会不断开拓创新，取得更大的新成绩。
 
问题七：取得这些成绩的背后，无疑都是人的力量在推动着，对于人才队伍的建设和培养，我们又是如何做的呢？
 
答：中国航天人是有着特别的精神的，“自力更生、艰苦奋斗、大力协同、无私奉献、严谨务实、勇于攀登”。我们有一整套完整的两总队伍建设的规章制度，经过多年有效运行。在航天系统，特别强调以老带新、无私传授、薪火相传，保证青年科技工作者在工作中锻炼成长，航天事业可以说是“江山代有人才出，各领风骚数十年”。
 
航天集团历来都非常重视材料学科建设和人才培养，在强化学科建设的需求牵引、健全产学研相结合的创新机制、推动多学科交叉融合发展等方面持续做了大量工作，还特别重视领军人才培养和全国大协作研发团队建设。
 
以我个人的看法，“科技是第一生产力、人才是第一资源”，航天集团一直将人才队伍建设放在前所未有的高度。近年来，持续调整人才（智力）资源种类、数量与结构，打造学习型、创新型、活力型、增值型的人才队伍，提升人力资源价值创造能力。
 
航天事业为科研技术人员成长成才提供了广阔的舞台，近年来，先后实施的“优才计划”、“英才计划”等多项政策，形成了科学的选人、用人、留人、育人机制，新材料和新工艺牵引着科研工作者快速成长为技术专家、专业带头人和行业领军人才。
 
我们还实施了合理的技能鉴定方法，建设了畅通的技能岗位成长通道，打造了一支年轻而技艺精湛的技术工人队伍，使技能骨干成长为航天新材料制造业的栋梁。他们肩负着繁重的科研生产任务，三班倒、节假日换休成为常态，体现了航天工作者“国家利益高于一切”的奉献精神。
 
问题八：未来十到二十年，我国将建设成为航天强国，请您展望一下对于航天先进材料技术未来发展的一些意见和想法。
 
答：未来十到二十年，我们将建设航天强国，导弹、火箭、卫星、飞船、空间站和深空探测器等都将获得快速发展，航天材料面临着前所未有的发展机遇，必将获得进一步的更大发展，我个人认为，需要关注的发展方向为：
 
(一)创建临近空间材料系列
适应临近空间飞行器、重复使用运载器等航天装备发展需求，建立由非/微烧蚀防热材料、先进热结构材料、高效隔热材料、高性能热透波材料、高温热密封与温控材料构成的临近空间材料系列。
 
(二)拓展空间材料系列
适应卫星系统大型、长寿命与小(微)型化的发展趋势，满足空间站、深空探测任务需求，拓展轻质高效结构材料、空间密封/润滑材料、新型热控材料、柔性防隔热材料及结构功能一体化材料等空间材料系列。
 
(三)提升原材料保障能力
围绕材料性能提升、新材料研制的创新发展需求，提升高性能碳纤维、陶瓷纤维、铝锂合金、特种粉体、橡胶等为代表的核心战略原材料的自主保障能力，夯实航天材料的发展基础。
 
(四)加强新材料探索研究
追踪国际前沿，开展纳米、智能、超低密度、超高温度等新材料研究，开展极端环境材料的响应机制、材料使用性能模拟、材料设计理论方法、材料性能退化失效机理以及材料的评价表征方法等研究，提升航天材料的发展基础和创新能力。
 
(五)增强材料研发综合能力
未来十年，世界将迎来新一轮的航天发展热潮，我国航天事业也将进人一个新的发展阶段，航天材料的贡献率将更加突出，地位更加重要。为支撑重大航天工程的实施，航天材料专业还将加大高性能低成本材料、材料快速制造技术及材料检测制造装备的发展力度。
 
问题九：航天领域的国际合作十分普遍和广泛，中国始终坚持和平合作发展理念，请问，航天材料技术领域的国际合作现状如何？未来，将以怎样的姿态开展国际交流合作？
 
答：外层空间是人类共同的财富，探索外层空间是人类共同的追求。21世纪以来，人类步入了探索与开发利用外层空间的新纪元，越来越多的国家积极参与航天活动。航天材料技术已经成为现代社会最具影响力的高技术之一，材料技术的进步将会极大地促进生产力的发展和人类文明的进步。
 
俄罗斯是航天大国，中国与俄罗斯有着传统友谊，在航天领域有着广泛的合作。我自己也曾经到访过俄罗斯，与俄罗斯材料同行进行过交流。我参观过加加林乘坐的东方一号飞船，参观过暴风雪号（Buran）航天飞机的鼻锥，参观过科罗廖夫先生的办公室。俄罗斯在防热材料领域的研究令人印象深刻。
 
中国政府一直把航天事业作为国家整体发展战略的重要组成部分，始终坚持为了和平目的探索和利用外层空间。经过多年的发展，特别是近年来的快速发展，我国航天事业取得了以空间站、火星探测等为代表的一系列举世瞩目的成就。我们期待着与俄罗斯材料同行的富有成效的合作。
 
作为航天科工集团先进材料领域首席专家，裴雨辰在航天材料研究领域深耕多年，此前曾做客人民网强国论坛栏目，以“从国防走进民生 看航天特种材料的现在与未来”为题与网友在线交流。在本次访谈中，裴雨辰全方位地介绍了十年来我国航天材料技术快速发展取得的丰硕成果及其在建设航天强国过程中发挥的重要作用。
 
裴雨辰表示，近年来，我国航天事业取得了以空间站建设、火星探测等为代表的一系列举世瞩目的成就；未来十到二十年，世界将迎来新一轮的航天发展热潮，我国航天事业也将进入一个新的发展阶段，导弹、火箭、卫星、飞船、空间站和深空探测器等都将获得快速发展，航天材料技术领域同样迎来了前所未有的发展机遇！未来，在浩瀚太空中将会出现越来越多的中国身影，也激励着更多航天人锐意进取，奋勇攻关，为实现航天梦、中国梦贡献智慧和力量！
 

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