浩瀚的宇宙中存在著無數(shù)的奧秘，它無時無刻不在吸引著人類去探索、發(fā)現(xiàn)。為了揭開其神秘面紗，世界各國相繼借助于各種航天器訪問太空，并建立了可供多名宇航員長期工作和生活的空間站。然而廣袤無垠的宇宙環(huán)境非常不友好。復雜的太空環(huán)境不但對航天器的光機電系統(tǒng)帶來了嚴峻的考驗，而且對航天器的“外衣”也提出了嚴酷的要求。

一、不容忽視的太空腐蝕

和平號空間站是前蘇聯(lián)建筑的一個軌道空間站（蘇聯(lián)解體后歸了俄羅斯），它是人類首個可長期居住的空間研究中心，和平號在 15 里共發(fā)生近 2000 處故障，70% 的外體遭到腐蝕，俄羅斯政府無力承擔巨額的維修費用，在2001 年 3 月20 日不得不將其墜毀。還有美國著名的哥倫比亞號航天飛機在 2003年2月1 日折返途中丟失，盡管哥倫比亞號事故調查部（C A I B）排除了是航天器腐蝕造成事故的可能，但卻提出了要求采取長期的腐蝕檢測措施的議案。隨著人類探索太空的腳步越來越快，越來越多涉足太陽系的其他星球，在這些星球航天器是否也會發(fā)生腐蝕呢？據(jù)介紹，科學家在火星大氣上部被稱為中間層的區(qū)域探測到了原子氧，另外還發(fā)現(xiàn)金星表面溫度高達 400 多度，其云層則由腐蝕性較強的硫化物組成等。由此可見，太陽系其他星球的環(huán)境對航天器也是不友好的，這些因素都會加速航天器材料的腐蝕。

太空腐蝕幾大殺手：輻射、氧、溫度、太空垃圾、微生物

太空不僅有宇宙大爆炸時留下的輻射，還有各種天體也在向外輻射電磁波，甚至許多天體還向外輻射高能粒子，形成宇宙射線。眾所周知，宇航員出倉行走都要穿著厚厚的宇航服，主要就是為了避免強輻射太空環(huán)境帶來的對人體的危害，其實，強輻射環(huán)境對航天器的傷害亦十分嚴重。其中，短波太陽輻射會導致氧分子分解，產生高活性原子氧， 原子氧具有極強的氧化性，可與空間飛行器的表面材料反應，尤其是當原子氧遇到聚合物材料時發(fā)生的反應更劇烈。原子氧所形成的高熱能離子流足以使航天器材料中的許多化學鍵破裂，導致材料發(fā)生性能變化，例如使衛(wèi)星、空間站等在軌航天器的保護層逐漸氧化變薄失效。即使是金屬材料，在原子氧的作用下也會發(fā)生明顯的腐蝕氧化。美國國家航空航天局（NASA）等科研機構所開展的飛行實驗、長期暴露實驗和有限期選擇性暴露實驗都進一步證實了這一點。太陽紫外線輻射是導致材料失效的另一重要因素。雖然僅占太陽光的5%左右的紫外線能量很大。由于缺少大氣層對紫外線的阻擋，航天器在太空中會完全暴露在極強的紫外線輻射之下。當高分子聚合物制品吸收紫外線后會引發(fā)聚合物自我氧化、降解，破壞聚合物的化學鍵，使其斷裂、交聯(lián)，進而導致高分子聚合物制品顏色等外觀發(fā)生改變和物理力學性能發(fā)生惡變、使用壽命縮短。此外，太空中極端的溫度環(huán)境也會加速航天器材料的失效。航天器在太空中處于真空的環(huán)境下，由于沒有空氣傳熱和散熱，受陽光直接照射的一面可產生高達100℃以上的高溫，而太陽照射不到的另一面則可低于-200℃。極端溫度和大幅度冷熱交變會影響材料中的應力，尤其在高溫環(huán)境中進一步加速導致材料失效的化學反應進程，降低材料的安全服役壽命。另外，大量的太空垃圾也嚴重影響材料的安全使用性能。太空垃圾又稱空間碎片，是圍繞地球軌道的無用人造物體，小到人造衛(wèi)星碎片、漆片、粉塵，大到整個飛船殘骸都屬于太空垃圾。全世界超過4000次的發(fā)射任務，產生了大量的太空垃圾。這些以宇宙速度運行的太空垃圾一旦撞擊到航空器表面，就能嚴重改變材料的表面性能；稍大的太空垃圾則會損壞航天器表面材料，形成撞擊坑，撞擊會使航天器表面材料汽化為等離子體云團，加速材料的失效進程。

在航天活動中，微生物一直是科學家們擔心的問題之一。微生物通過各種途徑進入航天器之后，會在艙內空氣、材料表面和冷卻水系統(tǒng)等處大量繁殖。微生物會腐蝕艙內材料以及設備線路、元器件；附著有微生物的漂浮性塵埃對艙內空氣質量也會造成影響?？臻g科學試驗發(fā)現(xiàn)，微重力和空間輻射等環(huán)境因素會使微生物生長繁殖能力增強、毒力增強、抗性增強，微生物代謝活性、細胞功能、基因表達發(fā)生變化。

二、為航天器穿上防腐衣

這樣看來，航天器幾乎無法避免太空環(huán)境下的金屬腐蝕，甚至一艘航天飛機的制作和發(fā)射的成本遠遠低于維修所需要的成本，而為了更好地保證航天器的安全，降低其后期的維修成本，科學家們對航天器的防腐手段進行了各種研究：控制航天器在太空中發(fā)生腐蝕的主要方法包括：選擇和發(fā)展耐熱、耐極低溫、耐熱震、抗疲勞、抗腐蝕的高性能材料；采用涂層和涂料技術。對于航天器外部腐蝕控制，最重要的技術是防護涂層，如電鍍、化學鍍、真空離子鍍、陽極氧化、化學氣相沉積、涂料等。通過表面處理技術形成新的表層，達到有效提高結構的耐高溫、隔熱、抗腐蝕、抗氧化等性能。航天器微生物控制技術包括干熱滅菌、輻射、活性化合物、物理清除等。其中就包括采用更適合太空環(huán)境的高性能材料，能夠更加抵擋高溫和極低溫度，以及巨大溫差帶來的破壞，并且還要具有更抗氧化的性能。除此之外，還需要采用防護涂層和涂料的技術，比如電鍍、真空離子鍍等技術，在航天器的外殼表面通過相關技術形成新的表面，從而對航天器進行雙重防護，提高外殼的性能，更加抗腐蝕、抗氧化等等。比如嫦娥3號上所使用的航天器材料，就是由我國自主研發(fā)而成的鎂合金化學鍍技術，以前的鎂合金雖然因為質量較輕，成為了航天領域經常被用到的減重材料，但是在潮濕的空氣中很容易發(fā)生氧化反應和金屬腐蝕。我國研發(fā)出來的鎂合金化學鍍技術的耐腐蝕性比原本提高了4到5倍，同時也有著其他的高性能，成為了航天材料的優(yōu)選。

三、結論

隨著社會的進步和科學的發(fā)展，全世界的航空航天領域都在不斷前進，這場太空的探索之路無疑是一片沒有硝煙的戰(zhàn)場，任何一個能在未來的航天領域占據(jù)先機的國家，都將在不遠的太空時代搶占重要地位。而在太空探索的道路上，更加優(yōu)良的、更具高性能的太空材料也會成為勝利的墊腳石。

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