真实的太空对航天器的外衣威胁更大

　　说到腐蚀，我们或许并不陌生，它每时每刻都在发生。例如：厨房铁锅会生锈，碳酸饮料会腐蚀牙齿，街道上的护栏风化开裂等等。
　　铁质水管的腐蚀（图片来历：veer图库）
　　有人或许会问，太空是高真空环境、没有水的存在，航天器应该不会像地球上那样被腐蚀吧？但令人意想不到的是，与温顺的地球环境比较，真实的太空对航天器的外衣挟制更大。
　　比如，和平号空间站作为美俄国际空间站协作计划的一部分，是前苏联缔造的第一个轨道空间站（苏联溃散后归俄罗斯）。据统计，它实践在轨作业的十多年时间里，共发生近2000处缺点，其间70的外体遭到腐蚀。
　　前苏联研发的和平号空间站（图片来历自新华网）
　　那么，究竟是什么原因构成太空中航天材料的腐蚀呢？航天器又有什么防腐诀窍呢？
　　什么是腐蚀？
　　腐蚀是指材料与环境间的物理和化学彼此作用，使材料功用发生改变，导致材料、环境及其构成系统遭到危害。
　　狭义上讲，腐蚀指金属材料在特定环境条件下的失效形状，例如铁在大气中的生锈等。但从广义上来说，塑料、陶瓷、混凝土和木材等非金属材料由化学作用使其消耗或损坏也归于材料腐蚀的领域，例如，涂料和橡胶由于阳光或许化学物质的作用引起蜕变，老化等。
　　依据反应进程，腐蚀可分为电化学腐蚀和化学腐蚀两类。一般，在环境中有水参与的条件下，腐蚀恪守电化学动力学基本规律，归于电化学腐蚀领域。由于地球大气中广泛含有水，化工生产中也常常处理各种水溶液，因此，电化学腐蚀是地球上最常见的腐蚀类型；当材料处于无水条件下，环境中的气体分子或原子会优先在材料表面吸附，并通过化学反应构成材料的腐蚀，称为化学腐蚀。
　　航天器处于真空、无水的太空环境中，首要以化学腐蚀为主。
　　太空腐蚀三大杀手
　　太空中构成航天器腐蚀的原因首要有三个：辐射、氧、温度。
　　1、辐射
　　太空到处都存在着人类肉眼所看不见的国际辐射。它既包括国际大爆炸后所残留的热辐射，一同也包括其他天体向外开释的电磁波、高能粒子甚至是国际射线。
　　由于地球磁场与大气层对国际辐射的偏折和吸收作用，才华保证人类在地球上的正常日子。可是，一旦脱离两者的保护，完全暴露在这种强辐射环境中，即便是穿戴厚重的宇航服，也不能完全避免国际辐射对人体的损害。面对太空中如此高强度的辐射，航天器也会深受其害。
　　国际辐射示目的（图片来历：百度百科）
　　太阳所开释的紫外线辐射是引起航天器腐蚀失效的原因之一。尽管紫外线只占太阳光的5左右，可是能量却很大。太空中，由于缺少地球磁场及大气层的保护屏障，航天器表面的高分子材料在吸收紫外线后会引发聚合物的自我氧化、降解。
　　其他，波长为300nm的紫外线中的单个光子所具有的能量约为399kJmol，这一能量大于聚合物中重要的化学键的键能：CC（347kJmol）、CN（305kJmol）、CS（259kJmol），因此，紫外光的能量足以使这些化学键开裂，然后导致聚合物材料功用的急剧下降。因此，为了尽或许的削弱太阳辐射对航天器的影响，人类航天任务的发射甚至会成心避开太阳耀斑活动一再的时间周期。
　　2、氧
　　航天器刚刚脱离地球表面大气层的保护时，首要接触的就是低地球轨道环境（距离地球200700km），该区域地点的剩下大气中，氧含量约占总组分的80。
　　剩下大气中的原子氧（图片来历：搜狐网）
　　众所周知，氧元素是构成材料腐蚀加快的重要条件。而在太阳短波辐射的光致分解作用下，氧分子转变为高活性的原子氧，由于处于高真空及极低的气体总压状态下，氧原子与其他粒子发生磕碰的几率很小，导致氧原子很难再次复合成分子态。
　　当高速工作的航天器与原子氧发生剧烈的抵触、磕碰时，航天器表面的聚合物材料会发生高温氧化反应，使其电学、光学以及机械功用等方面发生退化，甚至会引起明显的剥蚀效应，严峻影响航天器的工作安全。
　　3、温度
　　在航天器的太空旅游中，除了要面对国际辐射及原子氧的挟制外，还需求接受极为苛刻的温度应战。
　　自国际大爆炸起，太空中的温度便初步逐渐下降，在履历了150多亿年的演化后，现在的太空正处于极寒的环境中，平均温度只有约270。3。
　　可是，真空环境中，由于缺少空气的传热和散热，航天器表面受阳光直接照射的一面，其温度将高达100以上，而阳光照射不到的一面，温度则可低至200。
　　这种极点的温度条件和大幅度的冷热交变会影响材料的应力，并或许构成航天器外衣的开裂、分层甚至脆化，极大的缩短其安全执役寿数。
　　此外，国际中各星体都有其各自的演化进程，导致不同星球上的环境也是千差万别。航天器在其他星球上实行勘探任务时，也需求考虑不同星球的真实环境，很或许会有腐蚀性离子的存在。以金星为例，作为距离我们地球最近的一颗行星，它的大小、体积、重量与地球十分靠近，被称为地球的姐妹星，可是，金星厚厚的大气层中含有强腐蚀性的硫化物，其与氧原子和水蒸气发生反应会构成硫酸，连年的酸雨会加快航天器的腐蚀。
　　防腐秘笈：材料涂层
　　在如此凌乱的太空环境中，航天器的腐蚀根柢无法避免。有关数据闪现，一架航天飞机的修补本钱甚至远高于其制造本钱和发射本钱，其间，由于腐蚀所构成的修补本钱占很大的比重。因此，选用科学的方法克制航天器在太空中的腐蚀问题势在必行。
　　首要就是选择和展开耐热、耐极低温、耐热震、抗疲劳、抗腐蚀、比重低的高功用材料。在国际各国的科学家的不懈的极力探求下，多种高功用材料不断涌现。
　　例如碳纤维或硼纤维增强的环氧树脂基复合材料、金属基复合材料等的运用，可以大幅前进航天材料的耐高温、耐抵触、耐腐蚀功用；选用抗氧化功用更好的碳碳复合材料、陶瓷隔热瓦等特别材料可以有用途理防热问题；铝、镁等轻合金具有密度低、比强度高档特征，可以减轻航天器的结构重量，下降发射本钱。
　　此外，结合不同材料的用途及其实践执役环境，选用适合的表面处理技术也十分重要。由于功用优异的防护涂层不只可以延伸航天器的运用寿数，节省修补本钱，一同也可以前进航天材料的功用性，其间包括隔热性、导电性、电磁屏蔽性等。
　　与地上装备表面防护不同的是，由于有机涂层在真空环境中会出现放气、老化坠落等一系列问题，航天材料一般不会运用有机涂层进行防腐，而首要选用的表面技术包括化学电化学堆积、化学电化学氧化、无机涂层以及特种薄膜制备等等。
　　例如，航天器中的铝合金在运用阳极氧化表面处理后可以使其表面硬度、耐磨性与耐腐蚀功用增强，一同，该阳极氧化膜层表面存在许多的微孔，可用于吸附各种润滑剂，适宜制造航天器动力系统气缸或其他耐磨零件。
　　嫦娥奔月时穿了什么外衣？
　　登录月球的嫦娥四号勘探器（图片来历：新华网）
　　镁合金，作为地球上最轻的金属结构材料，拥有比强度高、导电性强、电磁屏蔽性好等利益，在航天领域的运用上具有先天的优势。为了完结减重的目的，我们熟知的神州、天宫、嫦娥等系列航天器中，均许多运用镁合金。
　　以2018年12月发射的嫦娥四号勘探器为例，其间，探月雷达、月球车巡视器、着陆器上许多重要电子设备的箱体结构所选用的就是镁合金，首要运用其减重、导电及优异的电磁屏蔽功用，可以有用的削弱外界电磁场对中心电路系统的烦扰。但镁合金化学性质生动，耐蚀性差，甚至在地上存放期间便会出现严峻的腐蚀。因此，有必要选用合理的表面处理方式，在满足其导电性及电磁屏蔽功用的基础上，有用前进其耐腐蚀才干。
　　中国科学院金属研讨地点这方面做了许多作业，科研团队自主研发的镁合金镀层具有防腐、导电、电磁屏蔽等多功用性，满足了航天器若干的运用要求，并在天宫、嫦娥等多个类型的航天器上运用。下图是嫦娥四号上运用的表面处理后的镁质航天器部件。
　　嫦娥四号用镁质航天器部件导电涂层展示（图片来历：作者供应）
　　结语
　　腐蚀是全人类一同面对的问题，腐蚀带来的负面影响不可小觑。现在，腐蚀价值甚至大于全部自然灾害丢掉的总和。
　　腐蚀对现代工业构成的严峻损坏，其直接丢掉及停工、停产等直接丢掉都是难于估计的，甚至会危及人类的生命及工业安全，因此采用有用的防护方法势在必行。
　　在不同环境中，即便相同的材料，腐蚀情况也会千差万别。因此，研讨太空环境中的腐蚀问题，有助于人类研讨在凌乱环境中的腐蚀机理，采用针对性的防护方法，有利于减少因腐蚀构成的经济丢掉，这对国家的经济建设有着十分严峻的现实意义。