近似真空的太空里也需要“防腐”？太空中的金属应该如何防腐

早在夏商周时期，我国就已经在开始使用青铜制造容器或者是兵器，直到春秋战国铁器慢慢普及，再到秦汉，青铜器逐渐地位被取代，消失在了人们的日常生活当中。

事实上，刚被制造出来的青铜器其实并不是当代人们眼中的青绿色，而是如同金子一样的金色，也因此在古时候被人们称为是“金”或“吉金”。

但是为什么我们看见的青铜器几乎都是青色的，而看不出原本色彩呢？这其实是因为这些青铜器被埋藏在土地之中，随着时间的流逝，慢慢腐蚀生锈，原本灿烂的金色黯淡，成为了灰扑扑的青绿。

除了这些古代的金属器具会腐蚀，我们的日常生活中也发生着许多金属腐蚀现象。

针对这个问题，我国院士柯伟在2003年就已经进行了详细的调查和研究，得出当时我国遭到腐蚀的金属加在一起的成本大概是占了5%GDP，而发达国家的金属腐蚀占比要少于我国，但仍然在3%左右，比如美国在1975年这一年里金属腐蚀的损失就已经有825亿美元，到了1998年更是翻了3倍左右，达到了2760亿美元。

根据研究调查显示，2014年我国金属腐蚀的GDP占比已经在3%左右，大概是2万亿元，而这一年我国的自然灾害导致的经济损失是3378.8亿元，金属腐蚀的损失远比其多了6倍左右。

金属腐蚀也不单单是对其本身的材质、性能、使用寿命等物理方面造成影响，从而造成经济上的巨大损失，以及金属和能源的资源浪费，还会间接导致火灾、爆炸等事故发生，产生不必要的严重损失。

也因此，人类为了防止金属腐蚀生锈，采取了各种各样的手段，比如化学、物理、电化学等等，但是没想到的是，随着太空技术的不断发展，金属到了遥远的太空，居然也需要进行防腐，这是为什么呢？

首先我们先来看一看金属为什么会腐蚀。金属腐蚀就是金属与周围环境介质之间互相发生作用，从而对其造成破坏，本质上其实是金属发生氧化反应，从金属单质成为了化合物的过程。

金属腐蚀主要是分为均匀腐蚀和局部腐蚀，前者可以被轻预测和防护，后者却常常难以检测，从而造成事故的发生，比如2001年11月7日，由于承重钢缆的局部腐蚀，本来应该使用100年以上的四川宜宾的南门大桥断成了三截，桥龄才11年。

但是太空环境基本上是近似真空的状态，周围的物质很少，几乎等同于没有，但是在这样的环境下的金属依然发生着金属腐蚀。

比如前苏联建造的和平号空间站，这是人类历史上第3个空间站，也是第1个能够让人长期居住的空间站，自运行以来进行了2.2万次的太空科学实验，为人类的各个科学领域的发展做出了巨大的贡献。

可与此同时，和平号空间站70%的外部腐蚀非常严重，15年共1500次左右故障发生，甚至还有近100处始终没有发现到底是哪里出了问题。

空间站的维修费用实在是太高，而和平号空间站如此巨大的腐蚀面积已经几乎无力弥补，继承了前苏联“遗产”的俄罗斯无奈之下放弃了和平号空间站，在2001年将这个为人类带来了许多贡献的“英雄”坠毁。

为什么太空金属也会腐蚀呢？这其实是因为3个原因导致的。

其一就是宇宙辐射，即来自外太空的高能带电粒子，这些大部分都是单纯的质子，大概有10%是氦原子核，可能是来自宇宙大爆炸之初就一直存在着的辐射，也有可能是天体辐射的电磁波或者是粒子。

我们都知道，人类需要格外小心宇宙中的辐射，地球的大气层和磁层能够有效削弱和阻挡这些辐射来到地球，从而对其中的物质造成影响，但是来到太空当中，没有了地球外层的保护，人类以及航天器就会直面来自宇宙空间的各种辐射。

航天器本身具有防辐射的材料，可以为人类阻挡一部分的辐射，但是这并不是说航天器的材料就不会受到辐射的影响。

比如太阳发射的紫外线辐射，它是10nm到400nm波长的光辐射，虽然在太阳辐射中的占比很少，但是紫外线辐射的能量却是极其可怕的。

通过大气层的重重削弱，来到地面的紫外线辐射大概只在太阳辐射中占据4%以下，但是人类如果没有进行防紫外线的防晒霜等保护，依然会被晒黑甚至是晒伤。到了太空之中，紫外线辐射没有了阻碍，更是肆无忌惮，人类一旦缺少了防护，就会被强烈晒伤。

而航天器上的高分子材料也会在长时间紫外线的照射下，使得其中的聚合物受到氧化、降解，同时又因为紫外线的光子含有的能量已经超过了高分子聚合物的重要化学键键能，所以这些化学键也会因此断裂、交联，造成性能大幅下降，使用寿命也因此而缩短。

另外，短波太阳辐射也会与氧分子相互作用，从而使后者分解成为高活性原子氧，这种原子氧的氧化性非常强，只是太空环境下粒子极少，原子氧很难与其他的粒子碰撞反应，成为另外的分子。

大部分的聚合物材料都对原子氧环境比较敏感，一旦航天器在高速行驶下与其碰撞，很容易就发生氧化，造成航天器上面的有机材料发生严重侵蚀，使得航天器产生各种损失和退化，导致材料的强度和性能直线下降，从而寿命缩短，甚至可能对航天员带来威胁。

同时尽管太空是一个近乎真空的环境，但是航天器是从地球发射的，本身就携带着大量的氧分子，随着其穿越大气层，外部的氧分子也会在高温的作用下与金属发生氧化反应，导致外壳腐蚀。

其二是因为太空的极端温度。太空当中近乎是真空，没有大气层的遮挡和保护，也没有空气的散热，因此会导致航天器需要面对极大的温度差。

在太阳照射的一面，航天器表面温度可达100℃之上，而因为太空本身属于是极寒的环境，所以航天器在没有被阳光照射的地位，表面温度甚至低到了-200℃的程度。

也就是说，航天器表面的材料需要承受300℃左右的巨大温差，这样的大幅度的变化也会造成航天器材料的应力，即热胀冷缩的变形下航天器外壳各部分所产生的相互作用的内力，这个过程也会进一步加快材料失效，造成航天器外壳断裂、脆化，从而缩短材料的寿命。

其实极低的温度也会降低金属内部原子的活跃度，加快金属的老化，降低材料的性能，从而导致航天器出现故障，甚至是脱离。

其三就是太空中大量的人造垃圾，从上个世纪50年始，人类就开始不断向太空发射各种设备，不管是成功的还是失败的，除了有回航任务且成功了的航天器，绝大部分都是被直接抛弃在了太空之中。

截至目前，全球各个国家一共发射了4000多次航天器，包括飞船、人造卫星、探测器等等，这些人造垃圾都以较快的速度围绕在近地轨道甚至是较远的宇宙空间，一旦与航天器发生碰撞，就将会对外壳的材料性能造成影响，甚至如果人造垃圾稍微大一点，也会对外壳形成撞击坑，导致材料汽化，从而进一步减少材料的使用寿命。

这样看来，航天器几乎无法避免太空环境下的金属腐蚀，甚至一艘航天飞机的制作和发射的成本远远低于维修所需要的成本，而为了更好地保证航天器的安全，降低其后期的维修成本，科学家们对航天器的防腐手段进行了各种研究。

其中就包括采用更适合太空环境的高性能材料，能够更加抵挡高温和极低温度，以及巨大温差带来的破坏，并且还要具有更抗氧化的性能。

除此之外，还需要采用防护涂层和涂料的技术，比如电镀、真空离子镀等技术，在航天器的外壳表面通过相关技术形成新的表面，从而对航天器进行双重防护，提高外壳的性能，更加抗腐蚀、抗氧化等等。

比如嫦娥3号上所使用的航天器材料，就是由我国自主研发而成的镁合金化学镀技术，以前的镁合金虽然因为质量较轻，成为了航天领域经常被用到的减重材料，但是在潮湿的空气中很容易发生氧化反应和金属腐蚀。

我国研发出来的镁合金化学镀技术的耐腐蚀性比原本提高了4到5倍，同时也有着其他的高性能，成为了航天材料的优选。

随着社会的进步和科学的发展，全世界的航空航天领域都在不断前进，这场太空的探索之路无疑是一片没有硝烟的战场，任何一个能在未来的航天领域占据先机的国家，都将在不远的太空时代抢占重要地位。

而在太空探索的道路上，更加优良的、更具高性能的太空材料也会成为胜利的垫脚石。