說到腐蝕，我們或許并不陌生，它每時每刻都在發生。例如：廚房鐵鍋會生銹，碳酸飲料會腐蝕牙齒，街道上的護欄風化開裂等等。

鐵質水管的腐蝕（圖片來歷：veer圖庫）

有人或許會問，太空是高真空環境、沒有水的存在，航天器應該不會像地球上那樣被腐蝕吧？但令人意想不到的是，與“溫順”的地球環境比較，真實的太空對航天器的“外衣”挾制更大。

比如，“和平號”空間站作為美俄國際空間站協作計劃的一部分，是前蘇聯締造的第一個軌道空間站（蘇聯潰散后歸俄羅斯）。據統計，它實踐在軌作業的十多年時間里，共發生近2000處缺點，其間70%的外體遭到腐蝕。

前蘇聯研發的和平號空間站（圖片來歷自新華網）

那么，究竟是什么原因構成太空中航天材料的腐蝕呢？航天器又有什么“防腐”訣竅呢？

什么是腐蝕？

腐蝕是指材料與環境間的物理和化學彼此作用，使材料功用發生改變，導致材料、環境及其構成系統遭到危害。

狹義上講，腐蝕指金屬材料在特定環境條件下的失效形狀，例如鐵在大氣中的生銹等。但從廣義上來說，塑料、陶瓷、混凝土和木材等非金屬材料由化學作用使其消耗或損壞也歸于材料腐蝕的領域，例如，涂料和橡膠由于陽光或許化學物質的作用引起蛻變，老化等。

依據反應進程，腐蝕可分為電化學腐蝕和化學腐蝕兩類。一般，在環境中有水參與的條件下，腐蝕恪守電化學動力學基本規律，歸于電化學腐蝕領域。由于地球大氣中廣泛含有水，化工生產中也常常處理各種水溶液，因此，電化學腐蝕是地球上最常見的腐蝕類型；當材料處于無水條件下，環境中的氣體分子或原子會優先在材料表面吸附，并通過化學反應構成材料的腐蝕，稱為化學腐蝕。

航天器處于真空、無水的太空環境中，首要以化學腐蝕為主。

太空腐蝕三大殺手

太空中構成航天器腐蝕的原因首要有三個：輻射、氧、溫度。

1、輻射

太空到處都存在著人類肉眼所看不見的國際輻射。它既包括國際大爆炸后所殘留的熱輻射，一同也包括其他天體向外開釋的電磁波、高能粒子甚至是國際射線。

由于地球磁場與大氣層對國際輻射的偏折和吸收作用，才華保證人類在地球上的正常日子。可是，一旦脫離兩者的保護，完全暴露在這種強輻射環境中，即便是穿戴厚重的宇航服，也不能完全避免國際輻射對人體的損害。面對太空中如此高強度的輻射，航天器也會“深受其害”。

國際輻射示目的（圖片來歷：百度百科）

太陽所開釋的紫外線輻射是引起航天器腐蝕失效的原因之一。盡管紫外線只占太陽光的5%左右，可是能量卻很大。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、降解。

其他，波長為300nm的紫外線中的單個光子所具有的能量約為399kJ·mol，這一能量大于聚合物中重要的化學鍵的鍵能：C-C（347 kJ·mol）、C-N（305 kJ·mol）、C-S（259 kJ·mol），因此，紫外光的能量足以使這些化學鍵開裂，然后導致聚合物材料功用的急劇下降。因此，為了盡或許的削弱太陽輻射對航天器的影響，人類航天任務的發射甚至會成心避開太陽耀斑活動一再的時間周期。

2、氧

航天器剛剛脫離地球表面大氣層的保護時，首要接觸的就是低地球軌道環境（距離地球200-700km），該區域地點的剩下大氣中，氧含量約占總組分的80%。

剩下大氣中的原子氧（圖片來歷：搜狐網）

眾所周知，氧元素是構成材料腐蝕加快的重要條件。而在太陽短波輻射的光致分解作用下，氧分子轉變為高活性的原子氧，由于處于高真空及極低的氣體總壓狀態下，氧原子與其他粒子發生磕碰的幾率很小，導致氧原子很難再次復合成分子態。

當高速工作的航天器與原子氧發生劇烈的抵觸、磕碰時，航天器表面的聚合物材料會發生高溫氧化反應，使其電學、光學以及機械功用等方面發生退化，甚至會引起明顯的剝蝕效應，嚴峻影響航天器的工作安全。

3、溫度

在航天器的太空旅游中，除了要面對國際輻射及原子氧的挾制外，還需求接受極為“苛刻”的溫度應戰。

自國際大爆炸起，太空中的溫度便初步逐漸下降，在履歷了150多億年的演化后，現在的太空正處于極寒的環境中，平均溫度只有約-270.3℃。

可是，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，其溫度將高達100℃以上，而陽光照射不到的一面，溫度則可低至-200℃。

這種極點的溫度條件和大幅度的冷熱交變會影響材料的應力，并或許構成航天器“外衣”的開裂、分層甚至脆化，極大的縮短其安全執役壽數。

此外，國際中各星體都有其各自的演化進程，導致不同星球上的環境也是千差萬別。航天器在其他星球上實行勘探任務時，也需求考慮不同星球的真實環境，很或許會有腐蝕性離子的存在。以金星為例，作為距離我們地球最近的一顆行星，它的大小、體積、重量與地球十分靠近，被稱為地球的“姐妹星”，可是，金星厚厚的大氣層中含有強腐蝕性的硫化物，其與氧原子和水蒸氣發生反應會構成硫酸，連年的酸雨會加快航天器的腐蝕。

防腐秘笈：材料+涂層

在如此凌亂的太空環境中，航天器的腐蝕根柢無法避免。有關數據閃現，一架航天飛機的修補本錢甚至遠高于其制造本錢和發射本錢，其間，由于腐蝕所構成的修補本錢占很大的比重。因此，選用科學的方法克制航天器在太空中的腐蝕問題勢在必行。

首要就是選擇和展開耐熱、耐極低溫、耐熱震、抗疲勞、抗腐蝕、比重低的高功用材料。在國際各國的科學家的不懈的極力探求下，多種高功用材料不斷涌現。

例如碳纖維或硼纖維增強的環氧樹脂基復合材料、金屬基復合材料等的運用，可以大幅前進航天材料的耐高溫、耐抵觸、耐腐蝕功用；選用抗氧化功用更好的碳-碳復合材料、陶瓷隔熱瓦等特別材料可以有用途理防熱問題；鋁、鎂等輕合金具有密度低、比強度高檔特征，可以減輕航天器的結構重量，下降發射本錢。

此外，結合不同材料的用途及其實踐執役環境，選用適合的表面處理技術也十分重要。由于功用優異的防護涂層不只可以延伸航天器的運用壽數，節省修補本錢，一同也可以前進航天材料的功用性，其間包括隔熱性、導電性、電磁屏蔽性等。

與地上裝備表面防護不同的是，由于有機涂層在真空環境中會出現放氣、老化墜落等一系列問題，航天材料一般不會運用有機涂層進行防腐，而首要選用的表面技術包括化學/電化學堆積、化學/電化學氧化、無機涂層以及特種薄膜制備等等。

例如，航天器中的鋁合金在運用陽極氧化表面處理后可以使其表面硬度、耐磨性與耐腐蝕功用增強，一同，該陽極氧化膜層表面存在許多的微孔，可用于吸附各種潤滑劑，適宜制造航天器動力系統氣缸或其他耐磨零件。

“嫦娥”奔月時 穿了什么外衣？

 

登錄月球的嫦娥四號勘探器（圖片來歷：新華網）

鎂合金，作為地球上最輕的金屬結構材料，擁有比強度高、導電性強、電磁屏蔽性好等利益，在航天領域的運用上具有先天的優勢。為了完結減重的目的，我們熟知的神州、天宮、嫦娥等系列航天器中，均許多運用鎂合金。

以2018年12月發射的“嫦娥四號”勘探器為例，其間，探月雷達、月球車巡視器、著陸器上許多重要電子設備的箱體結構所選用的就是鎂合金，首要運用其減重、導電及優異的電磁屏蔽功用，可以有用的削弱外界電磁場對中心電路系統的煩擾。但鎂合金化學性質生動，耐蝕性差，甚至在地上存放期間便會出現嚴峻的腐蝕。因此，有必要選用合理的表面處理方式，在滿足其導電性及電磁屏蔽功用的基礎上，有用前進其耐腐蝕才干。

中國科學院金屬研討地點這方面做了許多作業，科研團隊自主研發的鎂合金鍍層具有防腐、導電、電磁屏蔽等多功用性，滿足了航天器若干的運用要求，并在天宮、嫦娥等多個類型的航天器上運用。下圖是嫦娥四號上運用的表面處理后的鎂質航天器部件。

嫦娥四號用鎂質航天器部件導電涂層展示（圖片來歷：作者供應）

結語

腐蝕是全人類一同面對的問題，腐蝕帶來的負面影響不可小覷。現在，腐蝕價值甚至大于全部自然災害丟掉的總和。

腐蝕對現代工業構成的嚴峻損壞，其直接丟掉及停工、停產等直接丟掉都是難于估計的，甚至會危及人類的生命及工業安全，因此采用有用的防護方法勢在必行。

在不同環境中，即便相同的材料，腐蝕情況也會千差萬別。因此，研討太空環境中的腐蝕問題，有助于人類研討在凌亂環境中的腐蝕機理，采用針對性的防護方法，有利于減少因腐蝕構成的經濟丟掉，這對國家的經濟建設有著十分嚴峻的現實意義。