說到腐蝕,大家并不陌生,因為它每時每刻都在發生。例如:廚房里的鐵鍋會生銹,碳酸飲料會腐蝕牙齒等。
而太空是高真空環境,沒有水,航天器應該不會像在地球上那樣被腐蝕吧?答案是否定的。在太空中,航天器更容易被腐蝕,原因主要有三個:輻射、氧、溫度。
輻射
宇宙輻射示意圖(網絡配圖)
太空中到處都存在著人類肉眼所看不見的宇宙輻射。它既包括宇宙大爆炸后所殘留的熱輻射,也包括其他天體向外釋放的電磁波、高能粒子甚至是宇宙射線。
太陽所釋放的紫外線輻射是引起航天器腐蝕的原因之一。盡管紫外線只占太陽光的5%左右,但是能量卻很大。在太空中,由于缺少地球磁場及大氣層的“保護屏障”,航天器表面的高分子材料在吸收紫外線后會引發聚合物的自我氧化和降解。
因此,人類航天任務的發射一般會刻意避開太陽耀斑活動頻繁的時間周期。
氧
殘余大氣中的原子氧(網絡配圖)
航天器剛剛脫離地球表面大氣層的保護時,首先接觸的便是低地球軌道環境。該區域所處的殘余大氣中,氧含量約占80%。氧元素是造成材料腐蝕加速的重要條件。而在太陽短波輻射的光致分解作用下,氧分子會轉變為高活性的原子氧。由于處于高真空和極低的氣體總壓狀態下,原子氧與其他粒子發生碰撞的概率很小,導致原子氧很難再次復合成分子態。
當高速運行的航天器與原子氧發生劇烈的摩擦、碰撞時,航天器表面的聚合物材料會發生高溫氧化反應,使其電學、光學以及機械性能等方面發生退化,甚至會引起明顯的剝蝕效應,嚴重影響航天器的運行安全。
溫度
在航天器的太空旅行中,除了要面臨宇宙輻射及原子氧的威脅外,還需要接受極為苛刻的溫度挑戰。
自宇宙大爆炸起,太空中的溫度便開始逐漸降低。在經歷了150多億年的演變后,目前的太空正處于極寒的環境中,平均溫度只有約-270.39℃。但是在真空環境中,由于缺少空氣的傳熱和散熱,航天器表面受陽光直接照射的一面,其溫度可高達100℃以上。而陽光照射不到的一面,溫度則可低至-200℃。這種極端的溫度條件和大幅度的冷熱交變會影響材料的應力,并可能造成航天器“外衣”的斷裂、分層甚至脆化,極大地縮短其安全服役壽命。
此外,宇宙中各星體都有其各自的演變歷程,導致不同星球上的環境千差萬別。人們發射航天器去往其他星球上執行探測任務時,也需要考慮不同星球的真實環境,進行相應的處理,盡量避免航天器過早地被腐蝕。
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