据统计,“和平”号空间站在轨工作的十多年时间里,共发生近2000处故障,其中70%的外体遭到腐蚀。那么,究竟是什么原因造成太空中航天材料的腐蚀呢?航天器又有什么“防腐”诀窍呢? 腐蚀是指材料与环境间的物理和化学相互作用,使材料性能发生变化,导致材料、环境及其构成系统受到损伤。 航天器处于真空、无水的太空环境中,主要以化学腐蚀为主。太空中造成航天器腐蚀的原因主要有三个:辐射、氧、温度。 太空中到处都存在着人类肉眼所看不见的宇宙辐射。它既包括宇宙大爆炸后所残留的热辐射,同时也包括其他天体向外释放的电磁波、高能粒子甚至是宇宙射线。 由于地球磁场与大气层对宇宙辐射的偏折和吸收作用,才能保证人类在地球上的正常生活。可是,一旦脱离两者的保护,完全暴露在这种强辐射环境中,即便是穿着厚重的宇航服,也不能完全避免宇宙辐射对人体的伤害。面对太空中如此高强度的辐射,航天器也会“深受其害”。 太阳所释放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,但是能量却很大。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。因此,为了尽可能地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刻意避开太阳耀斑活动频繁的时间周期。 众所周知,氧元素是造成材料腐蚀加速的重要条件。当高速运行的航天器与原子氧发生剧烈的摩擦、碰撞时,航天器表面的聚合物材料会发生高温氧化反应,使其电学、光学以及机械性能等方面发生退化,甚至会引起明显的剥蚀效应,严重影响航天器的运行安全。 在航天器的太空旅行中,除了要面临宇宙辐射及原子氧的威胁外,还需要接受极为“苛刻”的温度挑战。 自宇宙大爆炸起,太空中的温度便开始逐渐降低,在经历了150多亿年的演变后,目前的太空正处于极寒的环境中,平均温度只有约-270.3℃。 但是,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℃。 这种极端的温度条件和大幅度的冷热交变会影响材料的应力,并可能造成航天器“外衣”的断裂、分层甚至脆化,极大地缩短其安全服役寿命。
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