当人类在数百年前走进科技时代之后,对金属的应用也越来越多,可以说各行各业,人们的日常生活中都有金属的身影。虽然金属的大量应用给人类带来了巨大的好处和便利,促进了人类文明的快速发展,但是金属的大量使用也让一个问题更加突出,那就是金属的严重腐蚀生锈问题。
相信大家在日常生活中,到处都可以看到不少的金属生锈,即使给金属外层涂漆也只能缓解它生锈。为了解决金属腐蚀严重的问题,科学家想尽了各种各样的办法,除了外层涂漆之外,更有效的方式还是在金属中加入其它的元素,提高它的搞抗腐蚀性能,所以我们现在能够见到各种各样的合金材料,它们的耐腐蚀性越来越强。
金属在地球的腐蚀是非常正常的一种现象,这种腐蚀现象在我们日常生活中已经见怪不怪了,这是一种化学反应,主要是氧化反应。任何金属长时间暴露在空气中都会发现氧化反应,也就是大气中的氧跟金属发生化学反应,使物质还原的一种现象。
由于氧气跟大部分的物质都能发生氧化反应,所以这种现象在我们日常生活中非常常见,比如食物的腐烂发霉,金属的生锈等。可能很多人觉得,金属生锈这样的现象只有在地球有氧气的环境中才能够发生,而在太空的真空环境,金属是不会生锈的,事实真是如此吗?答案是NO。
事实上,金属发生腐蚀现象不是地球的专利,在太空中也会发生,这是为什么呢?为什么金属在太空中也会腐蚀生锈?原来是这三个原因造成的。
一、强烈的辐射影响,我们都知道,太空可是一个高辐射的空间,不仅有强烈的太阳辐射,还有其它各种宇宙辐射。如果宇航员直接暴露在强辐射环境下,身体的各个组织和器官都会出现病变,严重影响健康,甚至危及生命。
即使是穿上厚厚的宇航服,呆在太空舱中,仍然无法避免宇宙各种辐射对身体的影响。由此可见,宇宙中的辐射有多么的可怕,我们之所以没有被宇宙中的各种辐射影响,主要是因为地球有强磁场和厚厚大气层的保护,将大部分的强辐射阻挡在大气层之外。
可是当卫星或航天器飞出地球之外,就不会有地球磁场和大气层的保护,它们将直接暴露在宇宙各种辐射当中。辐射直接让航天器上的金属发生反应,从而逐渐被腐蚀,在地球上,我们给金属涂上防锈的物质隔绝空气就能够有效保护金属不被腐蚀。可是在太空中,即使我们给金属涂上防锈物质,也无法阻挡各种辐射的入侵,这是两种完全不同模式的腐蚀。
二、氧化作用,可能有人对此有疑问:太空不是一个接近真空的环境吗?不是没有氧气的存在,怎么还会让金属发生氧化反应?事实上,航天器的氧化作用发它发射的那一刻就开始出现了。航天器在发射到走出地球的这个过程中,它的表面会携带大量的氧原子。
当航天器在穿越大气层的时候,外层的温度会越来越高,高温使得氧原子更容易与金属发生氧化反应,从而不断腐蚀航天器外壳,所以当航天器穿越大气层进入太空之后,它的外表基本不可能保持发射时的样子,多与少都会被腐蚀,有时候还会特别严重,导致航天器无法正常工作。
三、宇宙的温度影响,相信很多人都知道,宇宙的背景辐射温度低到零下270摄氏度,这个温度已经离绝对零度不远了。而且随着宇宙不断的膨胀,物质分子的不断远离,这个温度还会不断降低。
可能很多人认为,高温环境才能够容易让金属发生氧化反应,而低温则能够保护金属不发生氧化反应。理论上的确如此,低温的环境能够有效保护航天器的金属不发生氧化反应。可当温度低到一个极限的时候,事情就不同了。
超低的温度不会让金属发生氧化反应,可是却能够直接影响金属的应变了,也就是影响金属内部原子的活跃度。金属内部原子活跃度不断降低,直接影响金属的性能,从而加快航天材料的老化,让它的寿命大幅缩减。
我们都知道,航天器的核心就是金属材料,不管是外壳还是内部的各种电子设备,都离不开金属材料。一旦超低的温度让金属材料的性能不断降低,航天器就会出现故障,一些外部的设备甚至会直接脱落离开。
正是由于金属在太空中也无法长久保新,也会有腐蚀现象发生,所以不管是卫星,还是航天器都是有寿命的,一般来说,卫星的运行寿命在15年左右。之所以寿命如此短,原因就是金属在太空中的腐蚀程度比我们想象的还要快。
相信很多人都知道太空垃圾,它们基本上都是各种报废的卫星,航天器,由于我们现在还没有太空垃圾回收能力,所以这些报废不能用的航天材料,只能让它们继续呆在地球轨道上,随着时间的推移越来越多,对其它正常工作的卫星和航天器带来威胁。
人类想要解决金属在太空的腐蚀问题,让航天器的寿命很长,重要的还是要解决材料问题。只有能够研究出更强的,适宜太空环境的航天器材料,我们才能够制造出更长寿的航天器和飞船。要知道,人类的未来太空,我们的目标是星辰大海。
随着人类科技的进步,未来我们必然要走出太阳系去其它星系探索,那个时候我们需要在太空呆的时间会非常漫长,有可能有的人一生都需要在太空中度过。如果是进行星际航行,前往遥远的其它星系,飞船可能需要在太空中航行数百年甚至数千年。
如果漫长的时间,如果飞船没有强大的耐腐蚀性能,根本不可能实现长久的太空航行。而且,人类的科技想要迎来飞跃发展,重要的仍然是材料问题,没有强大的材料,很多科技都无法实现,比如科学家一直想要实现的可控核聚变,核心问题就是材料。解决了材料,可控核聚变离成功也就不远了,可惜,人类现在的科技正是卡在了材料这个关键问题上。
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