勇于面对，追求{zy1}

——解析航天设备的超长周期运行

龙谐科技：邱望达2010年6月10日

    当今世界航天领域的竞争，主要是美国和俄罗斯之间的竞争。中国紧随其后，在航天领域中也争得了一席之地。就以运载火箭为主的上天技术而言，三国的水平已处于伯仲之间。上天后，卫星、探测器、航天飞机等航天设备的长周期运行技术来看，美国已经遥遥{lx1}。

    先举一个火星探测器的实例：2003年6月10日，名为“勇气”的火星登陆探测器从美国的卡纳维拉尔角空军基地发射升空，在经过206个昼夜完成长达4.8亿公里的星际旅行后，于2004年1月3日在火星南半球的古谢夫陨石坑着落。勇气号火星探测器预定的科学考察使命为90天，而实际考察时间超过了1000个火星日（一个火星日为24小时39分35秒）。1971年5月28日，苏联发射的“火星3号”探测器在火星软着陆。但是由于遭遇火星沙爆，火星3号着陆舱仅仅传送了20秒的信号后就和地球失去了联系。

    勇气号在火星上延长考察时间的原因是，火星上沙尘暴和尘卷风并没有预计的严重，探测器的除尘功能有效发挥，使得探测器太阳能帆板的寿命大大延长，能量吸收非常良好，为科学考察提供了至关重要的充足电源。勇气号在执行科考任务中，也曾经遇到过xx烦。考察期间，它的右前轮突然不能正常转动了，好像是有什么东西卡住了它的齿轮箱。为了弄清勇气号右前轮的故障原因及解决办法，工程师们开始用实验室里1∶1的漫游者模型来模拟火星上的情况。这个模型足以乱真，就连漫游者上的最小部件都不放过。工程师们一面利用模型反复琢磨出了故障的轮子和齿轮箱，一面控制勇气号暂时用五个轮子行走。在设计上，漫游者的六个轮子都是可以独立控制的。工程师们想尽办法，花了数月时间才确认原来是润滑剂出了问题——润滑剂不能正常注入齿轮箱。于是，他们让右前轮多休息少工作，并且工作中一半时间前进一半时间倒退，最终又使得润滑剂能够正常注入齿轮箱，化解了危机。

    从上例的表述中不难发现，勇气号火星探测器超长工作周期的实现要有两个条件：一是它的太阳能帆板的工作寿命要长，以保证勇气号考察的电能动力需要；二是勇气号的机械润滑要好，无油运行不烧结，润滑剂有自润滑和自修复功能。实际上，勇气号在经历发生升空、星际旅行、着落科考的三个过程中，它的部件和润滑剂已经历多重考验，其中包括：超高低温（-183℃~+1316℃）、高真空、高辐射、粉尘污染等环境考验。从上例中可知，勇气号右前轮故障的几个月时间内，是多休息少工作，并且工作中一半时间前进一半时间倒退，所以此时右前轮的齿轮箱属于无油润滑状态。在美国的高{jd0}航天设备使用的润滑部件，在润滑件的制造环节就应用材料基态纳米润滑剂进行了润滑预处理。这种在设备或零件加工制造环节先天形成的纳米润滑层，已经受过超高低温、高速、极压、辐射、真空等多项“考验”，在设备或零件的整个生命周期中都不会有超过如此“极端”的情况发生，所以此类设备或零件就满足无油润滑运行的需要。

    总结以往的经验，我对病态润滑、满足润滑和理想润滑做了以下定义。当传统润滑油膜不能满足现代设备实际运行的需要，称为病态润滑；当润滑技术改进能满足现代设备实际运行的需要，称为满足润滑；当润滑技术能使现代设备在运行中养护，不断地自我修复，称为理想润滑。理想润滑的定义是：润滑产品中含有与润滑油或润滑件同质或近质的纳米润滑材料，这些纳米润滑材料结合其他伴随技术后，能根据润滑工况的实际需要形成一种动态修复膜或称实际运行膜，只要使这层动态修复膜的形成环境一直保持，设备将能在实际运行中不断地自我养护，永远都不会毁坏。

    适合于航天领域的是材料基态纳米润滑剂，原因是材料基态纳米润滑是指运用与润滑件同质或近质的纳米润滑材料，来动态修复（抛光）润滑表面，这种利用金属纳米材料在润滑件表面形成的纳米级吸附和结合膜是凝熔可逆的，该纳米润滑材料的运用要结合大量的伴随技术，如固体均化、表面物理、表面化学、纳米筛选、纳米微加工及符合实际工况的选型配比等。这种材料基态的纳米润滑比润滑基态的纳米润滑更适合于在运行中“修复”设备、无机油运行、极端环境中运行，与软金属纳米材料（如铜、铅）结合可满足高真空下航天设备的运行需要。美国的航天设备在制造环节就进行了润滑预处理，在使用环节又使设备处于理想润滑运行状态中，不要说设备不会出现机械故障，就是出现了故障也能自我修复回归到理想的运行状态。

    再举一个美俄在xxxxxx系统中的竞争实例：从上世纪七十年xx始，美、苏这两个超级大国之间展开了意在控制太空的竞争，美国人把它称作“星球大战”计划。而xxxx导航系统的构建是实施“星球大战”计划的前提，竞争的结果是美国的GPS系统彻底战胜了原苏联的“格洛纳斯”系统GLONASS。

    美国从上世纪 70 年xx始研制GPS系统，历时 20 年，耗资200亿美元，于1994 年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代xxxxxxx系统。现在运行的GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成，它们分布在6个等间距的轨道平面上，每个轨道面上有4颗工作卫星，卫星轨道接近圆形。这些卫星与地面支撑系统组成网络，以向全球广播自己的位置信息。GPS系统在1991年尚未xx建成之时，就已经在海湾战争中首次得到实战应用，并获得不错的战绩。随后，它又在科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。如美国B-2战略轰炸机本身就采用了全球定位系统进行导航定位，它所携带的16枚制导xx由激光制导改为全球定位系统制导后，使该机具备了夜间和全天候xx打击的能力。而随着GPS系统的成熟，美国已在不久前成功尝试了利用其海、陆、空的任何一基导弹xx摧毁“失控卫星”的壮举。美国这一“举动”已宣告：未来的战争将从太空中开始，在地面上结束。

    原苏联从1976年就开始推进“格洛纳斯”系统GLONASS和美国GPS相对抗的，并且一度在1995年达到24颗卫星在天运行的高峰。但是原苏联的卫星使用寿命只有3年，随着1991年苏联解体，冷战结束使研发和维护这套系统的资金链断掉了。到2002年年底，“格洛纳斯”系统只剩下7颗在轨卫星。2003年的伊拉克战争对俄罗斯产生了相当大的震动，迫使俄罗斯领导层再次对太空的军事用途重视起来。随着长期国际高油价的支撑，普京政府加强了针对“格洛纳斯”系统的建设，并相继发射了一系列{zx1}研制的、性能更加强大的M级卫星，到2007年年底，该系统的在轨卫星已经达到了18颗。2008年，俄罗斯计划再发射8颗卫星上天，替换老卫星，这将使得“格洛纳斯”系统恢复“健康”。这个新补充发射的M级卫星设计使用周期7~8年，研发中K级卫星设计使用周期超过10年。由于“格洛纳斯”系统得卫星使用寿命短，使得该系统建设和维护的成本很高。而系统建设的资金几乎全部来自俄政府，当前的高油价时代为俄罗斯经济发展注入动力，才使其有充足的资金发展全球导航定位系统。未来维护该系统也将需要大笔的资金，这对于俄政府而言将是沉重的压力，并将直接影响俄制系统的可靠性。

    继美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统之后，中国北斗卫星导航系统（COMPASS，中文音译名称BeiDou），正按照“三步走”发展战略稳步推进。{dy}步已实现，从2000年到2003年，我国成功发射了3颗北斗导航试验卫星，建立起完善的北斗导航试验系统，成为世界上继美国、俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步于2012年前，北斗卫星导航系统将首先提供覆盖亚太地区的定位、导航、授时和短报文通信服务能力。目前，已成功发射了三颗北斗导航卫星，并进入卫星密集发射组网阶段。第三步于2020年左右，建成由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成的覆盖全球的北斗卫星导航系统。

    2008年11月11日，来自我国长城工业总公司提供的消息，由我国研制并交付使用的尼日利亚通信卫星一号因太阳翼故障，电能耗尽，卫星失效，使用时间才1年。此前不久，我们发射的中继卫星，设计使用周期也仅为2年。目前，中国的北斗系统只有4颗卫星在运行，如果这些卫星的使用周期只有1~2年，那我们北斗系统的建设和维护成本将超越俄罗斯。中国科学家的爱国敬业的精神是可敬的，为了用我们国产材料基态纳米润滑剂（性能已超越美国的阿波罗润滑剂）推进中国高{jd0}科技的发展，我成立了龙谐科技公司进行运作。勇于面对，是我们中国人不比任何人差！追求{zy1}，是我们中国人能做的更好！