English
聯系我們
網站地圖
郵箱
舊版回顧



“嫦娥”奔月的“煩惱” 太空中存在的“腐蝕”問題

文章來源:金屬研究所   發布時間:2019-04-23  【字號:     】  

  浩瀚無垠的宇宙中蘊藏著許多未知的奧秘,它仿佛擁有著巨大的魔力,吸引著人類不斷探索。月球,是人類太空探險的第一步。但由于潮汐鎖定現象,月球圍繞地球的公轉周期與其自轉周期相同,導致人類在地球上始終只能觀測到月球的“正面”。因此,多年以來,人類對月球背面的了解非常有限。直到2019年1月3日,嫦娥四號探測器自主著陸月球背面的馮·卡門撞擊坑內,實現人類首次月背軟著陸,并傳回第一張月球背面的近距離影像。

  但“嫦娥”的奔月之旅其實并不輕松,甚至可謂是困難重重。其中,太空中材料的腐蝕就是令科學家們比較頭疼的問題。

  說到腐蝕,大家可能并不陌生,因為在我們生活中,它每時每刻都在發生。例如:廚房鐵鍋的生銹,碳酸飲料對牙齒的腐蝕,街道護欄的風化開裂等等。可以說,腐蝕無時無刻不在影響著我們的生活。但有人可能會問,太空既然是高真空環境、沒有水的存在,航天器應該不會像地球上那樣腐蝕吧?但令人意想不到的是,與“溫順”的地球環境相比,真實的太空對航天器的“外衣”甚至威脅更大。

  舉一個真實的例子,“和平號”空間站作為美俄國際空間站合作計劃的一部分,是蘇聯建造的第一個軌道空間站(蘇聯解體后歸俄羅斯)。據統計,它實際在軌工作的十多年時間里,共發生近2000處故障,其中70%的外體遭到腐蝕。

  那么,究竟是什么原因造成太空中航天材料的腐蝕失效呢?“嫦娥”奔月途中,到底會面臨怎樣嚴峻的考驗呢?我們首先從太空中的環境說起。

  其實,太空的真實環境遠沒有科幻電影中描述的那般美好,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。它們對人體的危害可以說是致命的。但由于地球磁場與大氣層對宇宙輻射的偏折和吸收作用,才能保證人類在地球上的正常生活。可是,一旦脫離兩者的保護,完全暴露在這種強輻射環境中,即便是穿著厚重的宇航服,也不能完全避免宇宙輻射對人體的傷害。當然,面對太空中如此高強度的輻射,航天器也會“深受其害”。

  其中,太陽所釋放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,但是能量卻很大。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。另外,紫外線中的單個光子所具有的能量足以破壞聚合物間的化學鍵,使其斷裂、交聯,從而導致聚合物材料性能的急劇下降。因此,為了盡可能的削弱宇宙輻射對航天器的影響,人類航天任務的發射甚至會刻意避開太陽耀斑活動頻繁的時間周期。

  此外,當航天器剛剛脫離地球表面大氣層的保護,首先接觸的便是低地球軌道環境(距離地球200-700km),該區域所處的殘余大氣中,氧含量約占總組分的80%。眾所周知,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碰撞的幾率很小,導致氧原子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。

  在“嫦娥”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-270.3℃。并且,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,縮短其安全服役壽命。

  通過上面的介紹,我們可以發現,在如此復雜的太空環境中,航天器的腐蝕根本無法避免。并且,有關數據顯示,一架航天飛機的維修成本甚至遠高于其制作成本和發射成本。因此,采用科學的手段抑制航天器在太空中的腐蝕問題勢在必行。

  首先便是選擇和發展耐熱、耐極低溫、耐熱震、抗疲勞、抗腐蝕的高性能材料,世界各國的科學家也正為此努力探索。此外,結合不同材料的用途及其實際服役環境,采用合適的表面處理技術顯得更為重要。因為性能優異的防護涂層不僅可以提高航天材料的功能性,包括耐高溫、隔熱、抗腐蝕、抗氧化、抗輻射等,同時也可以延長航天器的使用壽命,節省維修成本。然而,與地面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、老化脫落等一系列問題,航天材料一般不會使用有機涂層進行防腐,而主要采用的表面技術包括化學/電化學沉積、化學/電化學氧化、無機涂層以及特種薄膜制備等等。

  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、電磁屏蔽性好等優點,在航天領域的使用上具有先天的優勢。為了實現減重的目的,我們熟知的神州、天宮、嫦娥等系列航天器中,均大量使用鎂合金。

  以此次發射的“嫦娥四號”探測器為例,其中,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采用的就是鎂合金,主要利用其減重、導電及優異的電磁屏蔽性能,可以有效地削弱外界電磁場對核心電路系統的干擾。但鎂合金化學性質活潑,耐蝕性差,甚至在地面存放期間便會出現嚴重的腐蝕。因此,必須采用合理的表面處理方式,在滿足其導電性及電磁屏蔽性能的基礎上,有效提高其耐腐蝕能力。

  中國科學院金屬研究所在這方面做了很多工作,科研團隊自主研發的鎂合金鍍層具有防腐、導電、電磁屏蔽等多功能性,滿足了航天器若干的使用要求,并在天宮、嫦娥等多個型號的航天器上使用。

  “嫦娥”的奔月成功只是人類探索太空的階段性勝利,宇宙中仍有無數未知的奧秘等待著人類去揭曉。在未來的探索道路中,可能會暴露出更多太空中的“腐蝕”問題。讓我們攜手并進,砥礪前行,一步一步追尋屬于我們的“太空夢”。




(責任編輯:侯茜)

附件:

專題推薦

相關新聞


© 1996 - 中國科學院 版權所有 京ICP備05002857號  京公網安備110402500047號  聯系我們

地址:北京市三里河路52號 郵編:100864

126彩票网www.126ll.com www.742228.com | www.353731.com | www.325273.com | www.36ae.com | www.514278.com | www.067608.com | 49lu.com | www.035851.com | 华彩www.71399s.com | www.tm49.com | www.679140.com | www.184827.com | www.662032.com | www.ox95.com | www.3095.org | www.174227.com | 370190.com | 054596.com | www.750213.com | www.446083.com | www.365995.cc | 384913.com | 400808.com | www.234441.com | www.677541.com | www.680793.com | 彩民网www.76520x.com | www.586039.com | 067171.com | 731082.com | www.539710.com | www.x80.org | www.68337.cc | www.436342.com | www.966836.com | www.39189.com | www.678251.com | www.73mj.com | www.0076.pw | 181145.com | www.106256.com | www.377586.com | 835683.com | www.975894.com | 聚彩网www.707619.com | www.527508.com | 791406.com | www.984780.com | www.2128.in | www.731618.com | www.sz82.com | www.js96.com | www.909.cm | 553066.com | www.0875.date | www.947066.com | www.979666.com | 396258.com | www.047362.com | www.670602.com | 801169.com | 687494.com | www.rk71.com | www.647768.com | 968594.com | www.58176.cc | www.16ve.com | www.xu58.com | www.977877.com | 087991.com | www.755269.com | www.38139.cc | www.368178.com | www.203012.com | www.44308.com | www.619156.com | 940057.com | www.343.in | www.025895.com | www.019202.com | www.542562.com | www.759273.com | www.251273.com | www.wg89.com | www.52jq.com | www.441666.com | www.423722.com | www.ei82.com | www.28195.cc | www.1501.org | 爱彩www.011ac.com | www.86hb.com | 520661.com | cai54.com | www.693596.com | www.0020.online | www.774830.com | 126740.com | 645698.com | www.130882.com | www.256556.com | www.543342.com | www.675756.com | www.909945.com | www.904713.com | www.737528.com | www.86527.com | www.283769.com | www.0155.vip | 6275.biz | www.892055.com | 833833.com | www.218165.com | www.836974.com | www.541604.com | www.by88.com | 041744.com | www.855217.com | 977314.com | www.1775.win | www.916835.com | www.6728.cm | www.085342.com | www.380784.com | 687115.com | 510736.com | www.529319.com | www.164179.com | www.6219.biz | www.1383.vip | 496866.com | www.6302.xyz | 众彩www.258029.com | www.87464.com | www.653434.com | www.311661.com | www.h73.cc | www.696810.com | www.rv45.com | www.0737.love | www.8839.wang | www.355766.com | www.89kh.com | www.193217.com | www.560093.com | www.6173.pw | www.272875.com | www.15595.com | www.008418.com | www.576973.com | www.649964.com | www.803732.com | www.29353.cc | 545959.com | www.046464.com | www.951229.com | 155985.com | www.363389.com | www.512102.com | www.598873.com | www.34844.com | www.657914.com | www.773923.com | www.750523.com | www.670494.com | www.578308.com | www.263873.com | www.0009.pro | www.83652.com | www.575309.com | www.992300.com | 107569.com | 500彩票网www.611036.com | www.4658.top | www.111996.com | www.067147.com | www.104824.com | www.932552.com | www.351353.com | 华为彩票www.hw82.com | www.884656.com | www.233818.com | www.868227.com | www.l74.cc | www.230378.com | www.397666.cc | www.374908.com | 087831.com | www.52488.cc | www.557597.com | www.04766.com | www.003548.com | www.70165.com | www.560793.com | 052053.com | www.500505.cc | www.886123.com | www.296229.com | www.219967.com | www.ba33.com | www.242642.com | www.772333.com | 001400.cc | www.4zz.com | www.268679.com | www.655212.com | www.cm45.com | www.370808.com | www.382330.com | www.858184.com | www.xc55.cc | www.10887.com | www.313500.com | www.087956.com | 76.gg | www.381508.com | www.500866.cc | www.2xp.com | 976575.com | www.595355.com | 330772.com | www.rm24.com | www.99648.com | www.334464.com | 979534.com | www.45906.com | www.625175.com | 彩票5www.598074.com | www.65vy.com | www.035918.com | www.237925.com | www.604928.com | www.580365.cc | www.700079.com | www.432755.com | www.544059.com | www.225940.com | 975041.com | www.035858.com | www.751627.com | www.891083.com | www.882200.com | www.201861.com | www.390227.com | www.545854.com | 梦想彩票站www.43131h.com | www.848.red | www.38238t.com | 亚洲彩www.68568n.com | www.0991.site | www.310711.com | www.878519.com | www.659354.com | cai7755.com | www.626097.com | www.980171.com | www.968884.com | 219499.com | ao85.com | 645585.com | www.212631.com | www.850159.com | 957465.com | www.241163.com | www.705644.com | www.856675.com | 121061.com | www.724.me | www.448997.com | www.87542.com | www.65lu.com | www.8286.cc | www.cz52.com | www.90gl.com | 80268.com | www.64uc.com | www.287510.com | www.246295.com | www.955098.com | 735372.com | www.498811.com | www.1010.cm | www.65858g.com | www.000461.com | www.802391.com | www.73gu.com | www.988.cm | 217026.com | www.498654.com | 06up.com | www.01490.com | www.977466.com | www.932519.com | www.10881.com | www.139311.com | www.612685.com | 福彩www.16878k.com | www.358770.com | www.507198.com | www.739048.com | www.1te.com | www.008658.com | www.789404.com | 632357.cc | 072322.com | www.3194.cm | www.205874.com | www.381603.com | www.157186.com | www.985273.com | 4054.biz | 743469.com | www.96992.cc | www.394172.com | 4986.biz | www.9322.cn | www.236926.com | ay53.com | www.138021.com | www.168297.com | www.689309.com | www.69186.com | www.739764.com | www.663871.com | www.525068.cc | www.52mj.com | www.239519.com | www.52602.com | www.196329.com | www.556525.com | www.930108.com | www.et3.com | www.267572.com | www.206141.com | www.771324.com | 5pk.com | www.983714.com | www.38259.cc | www.268168.com | www.176644.com | www.879583.com | www.657175.com | www.564399.com | www.708849.com | 115031.com | 大赢家彩票网www.178762.com | 061758.com | 902118.cc | www.a90.net | www.71xr.com | www.116067.com | www.56962.cc | www.306086.com | www.6575.biz | 637901.com | www.13yk.com | 984571.com | www.067580.com | www.686128.com | kk58.cc | 971947.com | www.va09.com | www.42re.com | 766091.com | www.436900.com | www.265773.com | www.800563.com | www.739242.com | www.135677.com | www.98rx.com | www.029754.com | www.361755.com | www.633745.com | www.205173.com | 015921.com | 806797.com | www.42834.com | www.366696.com | www.028348.com | www.578041.com | www.793411.com | www.776478.com | www.99589.com | www.xn0.cc | www.2183.shop | www.x73.net | www.019840.com | www.61137.com | www.cs53.com | www.120286.com | www.841064.com | www.9348.ren | www.345183.cc | www.52026.com | www.303683.com | www.639588.com | 201410.com | 560986.com | www.945205.com | www.157709.com | www.464618.com | www.998869.com | www.527518.com | www.611525.com | www.4792.me | 530616.com | www.qa62.com | www.458781.com | www.954631.com | www.974830.com | 529259.com | 鼎丰彩票www.cp2838.com | www.sy91.cc | www.zp87.com | www.69bf.com | 337876.com | www.mv6.com | www.131142.com | 152984.com | www.mx77.com | www.77go.cc | www.06044.com | www.62786.cc | www.74qv.com | www.6622.org | www.652177.com | 303111.com | www.zm46.com | www.9561.xyz | www.512134.com | 981334.com | www.wq81.com | www.371022.com | www.718220.com | www.801957.com | www.731026.com | www.29il.com | QQ彩票www.89894s.com | vo35.com | 017952.com | 火星彩票www.hx6691.com | www.426654.com | www.cp055.com | www.026796.com | www.000468.com | www.449292.com | www.wk64.com | www.9526.cn | www.031128.com | www.982680.com | www.gd7.com | www.008816.com | www.532156.com | www.09hv.com | www.81931.com | www.231831.com | www.z49.xyz | www.00.cm | 500彩票www.911070.com | www.571508.com | www.963007.com | www.957065.com | www.883271.com | www.25aj.com | www.wq09.com | www.05303.com | www.894929.com | www.999029.com | www.hs77.com | www.8081.loan | www.089712.com | www.822796.com | www.933219.com | www.cp5515.com | www.978575.com | www.6358.in | www.66360.com | www.505771.com | www.529757.com | www.830660.com | www.3166.me | 福利彩8www.flcb5.com | 500彩票www.927576.com | www.963.me | www.4286.biz | www.107572.com | www.178528.com | 892118.com | www.323209.com | www.7915.wang | www.903920.com | 682203.com | www.523889.com | www.14aw.com | www.398640.com | 众彩www.871660.com | www.335703.com | www.028786.com | www.116575.com | www.564527.com | www.mm73.com | www.32qo.com | www.9094.xyz | www.019612.com | www.054768.com | www.850088.com | www.886730.com | www.up16.com | 844696.com | 500彩票www.51515s.com | www.609079.com | 971764.com | www.152528.com | www.894796.com | www.223620.com | www.58465.com | www.28619.cc | www.599917.com | www.cp20.com | 500彩票www.607325.com | 648979.com | 118彩票www.62118c.com | www.297235.com | www.gv77.com | www.770260.com | www.34mc.com | www.sg73.com | www.hr95.com | www.145943.com | www.082618.com | www.082251.com | www.26ko.com | www.4321.in | www.027739.com | www.375505.com | 079619.com | www.69uy.com | www.533353.cc | www.333001.com | www.567175.com | www.499972.com | www.75qx.com | www.q75.net | www.27732.com | www.264072.com | www.h89.club | www.260013.com | 562975.com | www.100254.com | 691150.com | 038769.com | www.n44.me | www.921357.com | 975405.com | www.33197.com | www.881394.com | 57648.com | www.289333.com | www.484020.com | www.5552.biz | 898245.com | www.196530.com | www.545754.com | www.832.cm | www.658296.com | www.200077.com | www.412363.com | www.9943.biz | www.032344.com | www.619539.com | www.su63.com | www.7467.pw | www.139076.com | 924747.com | www.56bz.com | www.11068.cc | www.080888.cc | www.86981.cc | www.128019.com | www.6176.vip | www.7555.date | 640096.com | 071772.com | 796984.com | 52499.cc | 963840.com | 854665.com | 044606.com | www.178202.com | www.662296.com | www.917308.com | 369943.com | www.257727.com | www.49xg.com | www.1629.net | www.641964.com | www.069022.com | www.200059.com | www.621108.com | 500彩票www.943977.com | 中国福利彩票www.33588c.com | 332501.com | www.989810.com | www.hg2088.com | www.818500.com | www.55139.cc | www.885559.com | 860642.com | 879944.com | E彩堂www.43818.com | www.252896.com | www.132438.com | www.089499.com | www.49275.com | www.365108.com | www.125149.com | www.388290.com | www.554101.com | www.377186.com | 大赢家彩票www.697206.com | www.81bu.com | 网易彩票www.177417.com | www.002297.com | 220673.com | www.6390.top | www.9637.wang | www.331051.com | www.496033.com | www.731649.com | www.0105.vip | www.98vw.com | www.ty93.com | www.59us.com | www.051820.com | www.388954.com | www.94sm.com | www.567157.com | www.8068.biz | www.204668.com | www.563642.com | www.xk24.com | 500彩票www.50024a.com | www.769203.com | www.022564.com | 467484.com | 99彩票www.655021.com | www.8jh.cc | www.00697.com | www.141615.com | www.393789.com | www.903706.com | www.cp5513.com | www.72661.cc | www.7698.net | www.863030.com | 962564.com | www.0313.net | 天天彩票www.106536.com | 45484.com | www.02029.com | www.000870.com | www.544457.com | www.778484.com | www.00033.com | 500万彩票www.39500b.com | www.44od.com | www.02pb.com | www.569539.com | www.34813.com | 518733.com | www.109815.com | www.553401.com | www.962889.com | 66k