太空中的腐蚀

2022-04-17 18:53

刘茜,董琳杰
广东工业大学

在我们的日常生活中,经常会遇到各种各样的腐蚀带来的困扰。厨房里的厨具如果不经常使用,总会有锈迹出现;自来水管道的阀门,总有那么一两个会因为滴水而生锈。我们日常生活中常见的腐蚀,通常与水、潮湿的空气有关,那么我们在太空中“出差”的三人组已经在天宫空间站中生活了180多天,并已经顺利返回地球,他们在太空中的日常生活中,也会遇到腐蚀的困扰吗?

神舟十三号航天员


实际上,太空空间站在运行过程中,具有密闭、控温的特点,这是为了保证宇航员们能够居住在适宜的环境中,但本是为宇航员们准备的环境,却也会成为一些微生物生长繁殖的有利条件。这些微生物多是在空间站还处于地面组装阶段偷偷溜进去的,还有一些是跟着宇航员混入空间站的。它们附着在材料表面,同时在空间站里生活会产生代谢产物,这些都使其对空间站内部的材料产生腐蚀作用。

这些在空间站里安家的微生物会带来什么影响呢?这些微生物附着在高分子材料表面时,会把高分子材料作为碳源,直接对材料产生降解作用,使高分子材料的老化速度变得更快。而在金属上附着生长时,会破坏金属表面,危害金属材料的安全性。俄罗斯的科学家曾做过实验,他们收集了太空空间站里的微生物群落,然后带回地球进行培养,并将这些微生物放在不同材料上进行观察,结果发现微生物们用一个月就可以把聚酯纤维“咬断”,三个月就可以把铝镁合金“咬出”孔。科学家们还对在俄罗斯空间站里带回的一小块聚合纤维板进行研究,发现微生物们对它的破坏非常严重。而我们中国的科学家们还发现,在太空辐射环境下,微生物的繁殖能力明显增强,有些细菌的繁殖速度甚至直接翻倍,这无疑对空间站里的腐蚀问题制造了更大的麻烦。

微生物在不同材料表面的繁殖状况: (a)橡胶; (b)钛; (c)电路板; (d)铝


在空间站里,航天员们是怎么解决腐蚀这个麻烦的呢?首先是来源控制。空间站里的微生物主要有三个来源:地面组装阶段进入、来访航天器携带、航天员携带。因此我们的空间站在地面建造过程中就会采取非常严格的洁净措施,能密封的设备尽量密封,不能密封的设备要经常做消毒处理。而进入空间站的航天员在飞行任务开始前就要与周围的环境和人隔离一段时间,并进行微生物的检查。对进入空间站内部并存活繁殖的微生物,对舱内空气进行过滤净化是清除空气中微生物的重要手段。此外还有一些便携式的杀菌设备,能够对空间站内部微生物数量较多的局部区域进行杀菌清洁。为了应对微生物腐蚀带来的危险,空间站在建造时就对材料进行了严格的筛选,比如银有很强的抗菌防霉效果,科学家们就在金属表面涂上纳米银,在纤维材料里加上银线,尽量地减少适宜细菌生活的环境。

随着科技的进步,人们对太空中微生物造成的腐蚀有了越来越多的认识,而科学家们还在不断探索,以找到更好的解决太空中腐蚀的办法,为人类走向更深的宇宙提供更多保障。