瞿立建

太空没有水，空气稀薄到几乎没有的程度，在太空邀游的航天器的“皮肤”是不是可以保持素颜了？不再像在地球上那样，不“化妆”就会失去“高颜值”，锈迹斑斑？

还真不是这样，太空环境对航天器“脸面”的伤害还是很残酷的。举例来说，“和平”号空间站是前苏联建立的一个轨道空间站（苏联解体后归了俄罗斯），它是人类首个可长期居住的空间研究中心，在长达15年的在轨时间里，“和平”号共发生近2000处故障，70%的外体遭到腐蚀，俄罗斯政府无力承担巨额的维修费用，在2001年3月20日不得不將其坠毁。

那么，太空中有哪些因素会对航天器造成腐蚀呢？

原子氧

氧主要有三种存在形式。我们呼吸的氧气分子由两个氧原子组成。地球大气的平流层里，三个氧原子结成一伙，组成臭氧分子。在地球高层大气中（距地面200千米～700千米高处），空气非常稀薄，气压约为地面气压的十亿分之一，但是这里仍然是有空气的，这里成双配对的氧气分子被太阳的紫外光拆散成形单影只的氧原子，称为原子氧。

原子氧具有极强的氧化性，可与空间飞行器的表面材料反应，将材料氧化，基本上能被氧化的材料都无法逃脱原子氧的毒手。如果航天器轨道比较低，情况更是雪上加霜，航天器将会受到原子氧和氧气分子的双重腐蚀。

航天器与原子氧和其他气体进行相互作用，会产生明亮的橙色辉光。这个现象最早是1982年宇航员在自己乘坐的航天飞机上发现的。

原子氧对金属表面的腐蚀还不是太令人担心，因为会在金属表面形成一层氧化层，可以阻止进一步的氧化。但金属银例外，因为氧化银会剥落。最麻烦的是有机高分子材料。现在一般采取的方法是给高分子材料加一层“金钟罩”，即施加几百纳米厚的保护涂层。比如涂层可以是金、锗、硅，这些物质反应活性低，对氧的撩拨无动于衷。还可以给航天器涂一层二氧化硅、氧化铝、氧化铟锡。

这些物质已经是氧化物了，原子氧无隙可入。

电磁辐射

电磁辐射就是电磁波。我们对电磁辐射非常熟悉了，手机通话上网、观看电视，靠的是电磁辐射中的无线电波。我们能看到五彩斑斓的世界，也是靠电磁辐射中的可见光。我们拍胸片、照CT检查身体，靠的是电磁辐射中的X光。家里厨房的微波炉用电磁辐射中的微波加热食物。炎炎夏日，出门要涂抹防晒霜，主要就是防太阳光中的紫外线。非接触式体温计利用的是身体发出的红外线测体温。原子核裂变还会放出伽马射线……

地球上的大气使我们免于太阳辐射中的绝大部分高能射线的危害，而大气层之外的航天器则要正面对抗全部的太阳辐射。

太空中的电磁辐射中即使是低能量的红外线，如果光强度比较大，也可能腐蚀航天器。如果紫外线、X射线、伽马射线等照射到航天器表面，会使航天器材料的原子里的电子跑出来，这就是光电效应。原子被电离以后，更容易与氧反应，这样便加速了材料腐蚀。X射线和伽马射线甚至能使原子失去内层电子，这样外层电子要跃迁到内层弥补空位，同时释放X射线或伽马射线，释放的射线与周围物质再次进行相互作用，又引发光电效应。比较起来，紫外线使材料伤在表面，X射线和伽马射线使材料伤在内部，但是表面的伤会给氧进一步伤害材料提供了可乘之机。因此，紫外线使材料的腐蚀更严重。X射线和伽马射线给材料带来的内伤，会使材料晶体结构出现缺陷，因此X射线和伽马射线可能伤害航天器的电子器件，因为电子器件发挥功能依赖于半导体晶体结构。

辐射还可以使航天器温控涂料退化，给航天器和航天员带来严重的安全威胁。减弱辐射对航天器表面腐蚀最直接的方法就是给航天器表面施加光学多层膜涂层。

微流星体和太空垃圾

微流星体是太空中非常小的流星体，质量在1克左右，平均速度约为20千米/秒。太空垃圾是在绕地球轨道上运行、但不具备任何用途的各种人造物体。这些物体小到固态火箭的燃烧残渣，大到在发射后被遗弃的多级火箭、废弃的卫星等，平均速度约为9千米/秒。

微流星体和太空垃圾撞在航天器上，可以使航天器表面坑坑洼洼，像青春痘印，不仅降低了航天器的“颜值”，还会给原子氧腐蚀航天器提供了可乘之机。微流星体和太空垃圾如果正好碰上电线、电缆、压力容器，有可能造成严重的安全事故，也会给进行太空行走的宇航员带来生命威胁。

“反腐”不断努力中

自航天飞机第一次飞行以来，航天科技界就认识到太空“防腐”的重要性，经过几十年的探索，现在已经对太空腐蚀有了深刻的认识，可以定量化研究原子氧对材料的腐蚀，已经开发出防原子氧腐蚀的涂层，并可以在地面上进行原子氧腐蚀的地面实验研究，有预言原子氧腐蚀的成熟的数学物理模型。但是，辐射及其与其他因素的协同效应对航天器表面材料腐蚀的影响，现在还没有成熟的研究。另外，对航天器材料的一个重要且艰难的研究是预言材料的耐久性，尤其是长期耐辐射性，需要新的头脑加入其中，贡献力量，使航天飞行更安全、更经济。同学们，你们会加入进来吗？

责任编辑：陆艳 责任校对：夏越endprint