正文
浩瀚的太空及太空中飞行的航天器
不容忽视的太空腐蚀
让我们先来看两个例子。
和平号空间站是前苏联建筑的一个轨道空间站(苏联解体后归了俄罗斯),它是人类首个可长期居住的空间研究中心,在长达 15 年的在轨时间里,和平号共发生近 2000 处故障,70% 的外体遭到腐蚀,俄罗斯政府无力承担巨额的维修费用,在 2001 年 3 月 20 日不得不将其坠毁。
美国的哥伦比亚号航天飞机,2003 年在执行完任务返回地面途中不幸失事,机组成员全部失踪
还有美国著名的哥伦比亚号航天飞机的例子,美国哥伦比亚号和空间运输系统 -107 机组人员于 2003 年 2 月 1 日折返途中丢失,尽管哥伦比亚号事故调查部(CAIB)排除了是航天器腐蚀造成事故的可能,但却提出了要求采取长期的腐蚀检测措施的议案。可见,航天领域的腐蚀不容忽视。
人类探索太空的脚步越来越快,越来越多涉足太阳系的其他星球,在这些星球航天器是否也会发生腐蚀呢?据介绍,科学家在火星大气上部被称为中间层的区域探测到了原子氧,另外,还发现金星表面温度高达 400 多度,其云层由有毒的腐蚀性较强的硫化物组成等等。由此可见,太阳系其他星球的环境对航天器也是不友好的,这些因素都会加速航天器材料的腐蚀。
那么,太空中究竟有哪些环境因素会对航天器造成腐蚀呢?
太空环境中的腐蚀因素
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。