临近中秋节，中国探月工程再次成为公众关注的热点，那些为我国实现探月梦想作出贡献的科研团队再次走进人们的视野。近日，中国科学院金属研究所（以下简称金属所）研究员，嫦娥五号、嫦娥六号月壤钻采机构关键部件外钻杆研发团队科研骨干王全兆讲述了外钻杆研制的科技创新历程，让人们从材料科学研究的角度对中国探月工程有了更深刻的了解。
一路攻坚克难 为月球取壤提供支撑
在金属所铝基复合材料车间门外，王全兆向记者展示了嫦娥六号月壤钻采机构外钻杆的同款产品。这根银光闪闪的外钻杆长2.5米，重量不到1.5公斤，由金属所材料制备与加工研究部马宗义团队研制的碳化硅颗粒增强铝基复合材料制成。
王全兆介绍，月球取壤采用两种作业方式，其中钻取作业时要深入到月壤内部，会遇到岩石等物质。在钻头向下钻进时，外钻杆在力的作用下发生弯曲，会影响取壤效果。因此，就要求外钻杆材料在满足轻量化的同时要具备明显的刚度优势。“比刚度是材料弹性模量与材料密度的比值。在满足月壤钻杆刚度设计条件下，比刚度越大，材料越轻。”王全兆介绍，科研团队研制的碳化硅颗粒增强铝基复合材料比刚度超出铝合金、钛合金50%以上，不但耐磨性和强度可与钢材媲美，而且减重65%。
王全兆坦言，当科研团队在2012年接到为月球探测器量身定制月壤钻采机构外钻杆任务时，很多人感到没有把握，很是挠头。铝基复合材料管材如何制备、矫直、热处理……很多环节都要创新再出发。为了完成材料直线度、壁厚均性等方面的严苛要求，科研团队进行了数不清的实验，突破了复合材料内孔高精度、高直线度加工、热处理强化与矫直等关键技术。
科研团队经过一年多的攻关，为客户提供了第一款样件。在客户进行地面试验前，他们又研制出多个批次样件，并往返北京与沈阳之间，配合客户寻找最佳解决方案。
根据嫦娥六号月球背面取壤的要求，科研团队对材料性能进行了进一步优化，在嫦娥五号月壤钻采机构外钻杆的基础上实现了稳定提升。王全兆说：“我们已研制出比刚度是钢铁材料3倍以上的铝基复合材料，并应用于航空航天领域。未来的探月工程中，仍可看到我们性能更优异的材料大显身手。”
锚定材料创新 为国家需求奋斗终身
嫦娥五号、嫦娥六号登陆月球、月壤采样、回收着陆……每一个动作、每一次进展，都牵动着金属所材料制备与加工研究部每一名科研人员的心。他们的成果，在国家重大工程上得以应用；他们的努力，为国家科技自立自强贡献力量，怎么能不让人感到自豪。“当看到钻杆成功取壤的新闻时，我的激动心情无以言表。”王全兆说。
1998年，王全兆从山东省潍坊市来到沈阳求学，本科毕业后考入金属所，从此与金属基复合材料研究和应用结下不解之缘。他在航空航天用碳化硅颗粒增强铝基复合材料、核电用碳化硼增强铝基中子吸收材料等科研领域多有建树，成果广泛应用于我国空间站、探月工程、探火工程等重大工程、重点型号上。
王全兆取得的成绩，是金属所材料制备与加工研究部近年来优异表现的缩影。科研团队在马宗义研究员带领下，在金属基复合材料研发和特种焊接与加工领域不断取得新突破。
“国家重大工程对材料提出了更高要求，作为材料科学研究国家队，我们的使命是当好‘解题人’。”王全兆介绍，科研团队从国家需求和用户需求出发，在铝基复合材料研发上不断攀登高峰，近年来研制出多款既轻质又耐高温、既轻质又耐磨的新型铝基复合材料。“作为一名科研人员，能够成为国家重大工程、重点型号科研攻关团队的一员，能够为国家科技自立自强奋斗终身，是我的莫大荣幸，更是对我的肯定。”
2020年底，嫦娥五号月球取壤成功，“奋斗者”号完成载人万米海试，其中的铝基复合材料月壤钻杆和钛合金载人舱球舱都出自金属所。王全兆当时脑海中一下就想到了“可上九天揽月，可下五洋捉鳖，谈笑凯歌还。世上无难事，只要肯登攀”这几句词。他笑着说，当时他把这几句词发到朋友圈，同事还给他回复了“铝钛厉害了”。
今年中央电视台中秋晚会落户沈阳，沈阳将呈现月圆人更圆的欢乐情景。王全兆说：“在科研人员的努力下，人们对月球的认识越发深刻。当下，月圆不单寓意着团圆，更是我们对月球科学开发利用的象征。以往很多月圆时刻，我都是在实验室度过的，今年我希望能够到中秋晚会现场，亲身感受欢乐祥和的节日氛围。”
沈阳日报、沈报全媒体记者 岳雨