太空防腐：为镁质航天器穿上保护衣

发布时间：2017-07-13 浏览量：1071

浩瀚的宇宙中存在着无数的奥秘，它无时无刻不在吸引着人类去探索、发现。为了揭开其神秘面纱，世界各国相继借助于各种航天器访问太空，并建立了可供多名宇航员长期工作和生活的空间站。广袤无垠的宇宙是不是最理想的世外桃源呢?很遗憾，太空的真实环境非常不友好!

复杂的太空环境不但对航天器的光机电系统带来了严峻的考验，而且对航天器的“外衣”也提出了严酷的要求。有人可能认为，太空既然是高真空环境、没有水存在，航天器应该不会像地球上那样发生腐蚀吧。然而，事实并非如此。

浩瀚的太空及太空中飞行的航天器

太空不仅有宇宙大爆炸时留下的辐射，还有各种天体也在向外辐射电磁波，甚至许多天体还向外辐射高能粒子，形成宇宙射线。众所周知，宇航员出仓行走都要穿着厚厚的宇航服，主要就是为了避免强辐射太空环境带来的对人体的危害，其实，强辐射环境对航天器的伤害亦十分严重。

其中，短波太阳辐射会导致氧分子分解，产生高活性原子氧，原子氧具有极强的氧化性，可与空间飞行器的表面材料反应，尤其是当原子氧遇到聚合物材料，发生的反应更剧烈。原子氧所形成的高热能离子流足以使航天器材料中的许多化学键破裂，导致材料发生性能变化，例如使卫星、空间站等在轨航天器的保护层逐渐氧化变薄失效。即使是金属材料，在原子氧的作用下也会发生明显的腐蚀氧化。NASA(美国国家航空航天局)等科研机构所开展的飞行实验、长期暴露实验和有限期选择性暴露实验都进一步证实了这一点，我国的实验室也有相关实验数据支撑。

太阳紫外线辐射是导致材料失效的另一重要因素。紫外线虽然仅占太阳光的5%左右，但是能量却很大。在太空中，由于缺少大气层对紫外线的阻挡，航天器会完全暴露在极强的紫外线辐射之下。高分子聚合物制品吸收紫外线后，能引发聚合物自我氧化、降解，破坏聚合物的化学键，使其断裂、交联，进而导致高分子聚合物制品颜色等外观发生改变和物理力学性能发生恶变、使用寿命缩短。

此外，太空中极端的温度环境也会加速航天器材料的失效。航天器在太空中飞行，处于真空的环境下，由于没有空气传热和散热，故其受阳光直接照射的一面可产生高达100℃以上的高温，而太阳照射不到的另一面，温度则可低于-200℃。极端温度和大幅度冷热交变会影响材料中的应力，尤其在高温环境中进一步加速导致材料失效的化学反应进程，降低材料的安全服役寿命。

太空垃圾包围下的地球

另外，大量存在的太空垃圾也严重影响材料的安全使用性能。太空垃圾又称空间碎片，是围绕地球轨道的无用人造物体，小到人造卫星碎片、漆片、粉尘，大到整个飞船残骸都属于太空垃圾。全世界各国共执行了超过4000次的发射任务，产生了大量的太空垃圾。太空垃圾以宇宙速度运行，极小的太空垃圾数量较多，一旦撞击到航空器表面，能严重改变材料的表面性能;稍大的太空垃圾会损坏航天器表面材料，形成撞击坑，这些撞击会使航天器表面材料汽化为等离子体云团，加速材料的失效进程。

通过上面的介绍，我们可以看到，如果航天器在如此复杂的太空环境中长期运行，腐蚀就是无法避免的。