浩瀚的宇宙中存在著無(wú)數(shù)的奧秘，它無(wú)時(shí)無(wú)刻不在吸引著人類(lèi)去探索、發(fā)現(xiàn)。為了揭開(kāi)其神秘面紗，世界各國(guó)相繼借助于各種航天器訪問(wèn)太空，并建立了可供多名宇航員長(zhǎng)期工作和生活的空間站。廣袤無(wú)垠的宇宙是不是最理想的世外桃源呢?很遺憾，太空的真實(shí)環(huán)境非常不友好!
復(fù)雜的太空環(huán)境不但對(duì)航天器的光機(jī)電系統(tǒng)帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，而且對(duì)航天器的“外衣”也提出了嚴(yán)酷的要求。有人可能認(rèn)為，太空既然是高真空環(huán)境、沒(méi)有水存在，航天器應(yīng)該不會(huì)像地球上那樣發(fā)生腐蝕吧。然而，事實(shí)并非如此。
浩瀚的太空及太空中飛行的航天器
太空不僅有宇宙大爆炸時(shí)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(cāng)行走都要穿著厚厚的宇航服，主要就是為了避免強(qiáng)輻射太空環(huán)境帶來(lái)的對(duì)人體的危害，其實(shí)，強(qiáng)輻射環(huán)境對(duì)航天器的傷害亦十分嚴(yán)重。
其中，短波太陽(yáng)輻射會(huì)導(dǎo)致氧分子分解，產(chǎn)生高活性原子氧，原子氧具有極強(qiáng)的氧化性，可與空間飛行器的表面材料反應(yīng)，尤其是當(dāng)原子氧遇到聚合物材料，發(fā)生的反應(yīng)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(xué)鍵破裂，導(dǎo)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(hù)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(huì)發(fā)生明顯的腐蝕氧化。NASA(美國(guó)國(guó)家航空航天局)等科研機(jī)構(gòu)所開(kāi)展的飛行實(shí)驗(yàn)、長(zhǎng)期暴露實(shí)驗(yàn)和有限期選擇性暴露實(shí)驗(yàn)都進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)，我國(guó)的實(shí)驗(yàn)室也有相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。
太陽(yáng)紫外線輻射是導(dǎo)致材料失效的另一重要因素。紫外線雖然僅占太陽(yáng)光的5%左右，但是能量卻很大。在太空中，由于缺少大氣層對(duì)紫外線的阻擋，航天器會(huì)完全暴露在極強(qiáng)的紫外線輻射之下。高分子聚合物制品吸收紫外線后，能引發(fā)聚合物自我氧化、降解，破壞聚合物的化學(xué)鍵，使其斷裂、交聯(lián)，進(jìn)而導(dǎo)致高分子聚合物制品顏色等外觀發(fā)生改變和物理力學(xué)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(huì)加速航天器材料的失效。航天器在太空中飛行，處于真空的環(huán)境下，由于沒(méi)有空氣傳熱和散熱，故其受陽(yáng)光直接照射的一面可產(chǎn)生高達(dá)100℃以上的高溫，而太陽(yáng)照射不到的另一面，溫度則可低于-200℃。極端溫度和大幅度冷熱交變會(huì)影響材料中的應(yīng)力，尤其在高溫環(huán)境中進(jìn)一步加速導(dǎo)致材料失效的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程，降低材料的安全服役壽命。
太空垃圾包圍下的地球
另外，大量存在的太空垃圾也嚴(yán)重影響材料的安全使用性能。太空垃圾又稱(chēng)空間碎片，是圍繞地球軌道的無(wú)用人造物體，小到人造衛(wèi)星碎片、漆片、粉塵，大到整個(gè)飛船殘骸都屬于太空垃圾。全世界各國(guó)共執(zhí)行了超過(guò)4000次的發(fā)射任務(wù)，產(chǎn)生了大量的太空垃圾。太空垃圾以宇宙速度運(yùn)行，極小的太空垃圾數(shù)量較多，一旦撞擊到航空器表面，能?chē)?yán)重改變材料的表面性能;稍大的太空垃圾會(huì)損壞航天器表面材料，形成撞擊坑，這些撞擊會(huì)使航天器表面材料汽化為等離子體云團(tuán)，加速材料的失效進(jìn)程。
通過(guò)上面的介紹，我們可以看到，如果航天器在如此復(fù)雜的太空環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行，腐蝕就是無(wú)法避免的。
嫦娥三號(hào)探測(cè)器及化學(xué)鍍后的嫦娥三號(hào)用鎂質(zhì)航天器部件
此外，針對(duì)不同使用條件下部件對(duì)耐腐蝕性的不同要求，金屬所科研人員研究的鎂合金自封孔型微弧氧化技術(shù)耐蝕性比傳統(tǒng)技術(shù)提高4～5倍，可同時(shí)滿足地面儲(chǔ)存耐腐蝕、使用時(shí)高低溫、強(qiáng)輻射等綜合性能要求，已在長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭的鎂質(zhì)貫組支架上使用。這些航天器的成功發(fā)射也證明了以上防護(hù)涂層技術(shù)的安全可靠性和先進(jìn)性。
微弧氧化防護(hù)后的長(zhǎng)征火箭用鎂質(zhì)貫組支架
太空中針對(duì)航天器的破壞無(wú)時(shí)無(wú)刻不在，這是沒(méi)有硝煙的戰(zhàn)場(chǎng)。讓我們行動(dòng)起來(lái)，利用自己的聰明才智，在人類(lèi)探索宇宙的過(guò)程中留下一串深深的足跡……