Trạm Vũ trụ Quốc tế ở trong môi trường khắc nghiệt ngoài vũ trụ, thiếu không khí và độ ẩm, về lý thuyết thì không nên xảy ra hiện tượng rỉ sét. Vậy chính xác thì điều gì đã gây ra hiện tượng ăn mòn bí ẩn này trên Trạm vũ trụ quốc tế? Có những chất hóa học chưa được biết đến ở ngoài không gian hay có sự hiểu lầm trong hiểu biết của chúng ta về môi trường không gian?
Nguyên nhân rỉ sét trên Trạm vũ trụ quốc tế: Tác động của môi trường khắc nghiệt lên vật liệu kim loại
Trạm vũ trụ quốc tế là nền tảng quan trọng để con người tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm khoa học trong không gian, tuy nhiên trong những năm gần đây, một số vật liệu kim loại trên trạm vũ trụ đã bị rỉ sét. Hiện tượng này đã thu hút sự chú ý của mọi người, bởi vì trong môi trường khắc nghiệt, đặc biệt là trong không gian, vấn đề ăn mòn và rỉ sét của vật liệu kim loại sẽ trở nên rõ ràng hơn.
Trong không gian, vấn đề ăn mòn và rỉ sét sẽ rõ ràng hơn. (Ảnh minh họa: ESA).
Nguyên nhân gây rỉ sét
Trong không gian, thành phần khí rất khác với môi trường khí quyển Trái đất. Không gian thiếu oxy và áp suất khí quyển, đồng thời có một lượng lớn các loại khí có trọng lượng phân tử thấp như hydro, nitơ và oxy. Những loại khí này có thể ăn mòn và làm rỉ sét vật liệu kim loại.
Trong quá trình phóng tàu vũ trụ, nó sẽ gặp phải những cú va chạm mạnh, nhiệt độ cao và rung lắc. Dưới tác dụng của các ngoại lực này, bề mặt vật liệu kim loại có thể bị hư hỏng, khiến kim loại tiếp xúc với môi trường bên ngoài dễ bị ăn mòn, rỉ sét.
Có rất nhiều thiên thạch cực nhỏ trôi nổi trong không gian, khi những thiên thạch này va vào bề mặt kim loại có thể gây ra những vết xước, móp nhỏ, thậm chí rất nhỏ. Đồng thời, tia cực tím và các hạt trong bức xạ Mặt trời cũng sẽ gây ra quá trình oxy hóa, ăn mòn vật liệu kim loại, đẩy nhanh quá trình rỉ sét của kim loại.
Trong không gian, thành phần khí rất khác với môi trường khí quyển Trái đất. (Ảnh minh họa: VOX).
Ảnh hưởng của môi trường khắc nghiệt đến vật liệu kim loại
Ăn mòn nhanh: Trong không gian, vật liệu kim loại sẽ bị ăn mòn nhanh hơn nhiều so với trên Trái đất. Điều này chủ yếu là do tác động ăn mòn mạnh hơn của các thành phần khí và bức xạ trong không gian lên kim loại. Đặc biệt, hydro và nitơ, trong không gian mỏng hơn bầu khí quyển Trái đất, nhưng tác động ăn mòn của chúng lại nghiêm trọng hơn. Vì vậy, vật liệu kim loại dễ bị rỉ sét trong không gian.
Thay đổi lớp bề mặt: Bức xạ và nhiệt độ cao trong không gian gây ra các phản ứng hóa học trên bề mặt kim loại tạo thành lớp oxit. Lớp oxit này không chỉ phá hủy bề ngoài của vật liệu kim loại mà còn ảnh hưởng đến tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn của nó. Ngoài ra, do môi trường chân không trong không gian nên phản ứng oxy hóa trên bề mặt kim loại có thể phức tạp hơn, càng làm trầm trọng thêm vấn đề ăn mòn, rỉ sét của vật liệu kim loại.
Suy thoái cấu trúc: Vật liệu kim loại dễ bị tổn thương trước tác động từ các thiên thạch nhỏ trong không gian và những tác động này có thể gây hư hỏng cấu trúc kim loại. Một khi độ bền và độ ổn định của kết cấu kim loại bị hư hỏng, nó sẽ ảnh hưởng xấu đến hoạt động bình thường của tàu vũ trụ.
Phi hành gia đi bộ ngoài không gian. (Ảnh minh họa: NASA).
Vấn đề rỉ sét trên Trạm vũ trụ quốc tế: Một thách thức đối với thiết kế kỹ thuật vũ trụ
Là một cột mốc quan trọng trong hành trình khám phá không gian của con người, Trạm vũ trụ quốc tế là một thành tựu tuyệt vời về thiết kế kỹ thuật hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, vấn đề rỉ sét gần đây trên Trạm vũ trụ quốc tế đã mang lại sự quan tâm và suy nghĩ mới cho mọi người.
Vấn đề này cho thấy những thách thức lớn mà thiết kế kỹ thuật vũ trụ phải đối mặt, bao gồm các vấn đề như độ bền vật liệu, an toàn kết cấu, bảo trì và đổi mới trong các môi trường đặc biệt.
Thách thức về độ bền vật liệu: Trên Trái đất, các tòa nhà và cơ sở vật chất của chúng ta sẽ phải đối mặt với tác động của nhiều yếu tố thời tiết và môi trường bên ngoài khác nhau, như biến đổi khí hậu, bức xạ tia cực tím, v.v. Tuy nhiên, trong không gian, vật liệu còn phải đối mặt với những thách thức lớn hơn.
Tàu vũ trụ phải đối mặt với các điều kiện môi trường như nhiệt độ thay đổi khắc nghiệt, tia vũ trụ và tác động của thiên thạch vi mô… Những yếu tố này sẽ có tác động nhất định đến hiệu suất và độ bền của vật liệu. Vì vậy, thiết kế kỹ thuật không gian phải chọn những vật liệu đặc biệt thích ứng với những môi trường khắc nghiệt này để đảm bảo sự ổn định và an toàn lâu dài của kết cấu.
Tàu vũ trụ phải đối mặt với các điều kiện môi trường tác động nhất định đến hiệu suất và độ bền của vật liệu. (Ảnh minh họa: Zhihu).
Những thách thức về an toàn kết cấu: An toàn kết cấu trong kỹ thuật vũ trụ là một vấn đề cực kỳ quan trọng. Trên Trái đất, độ bền kết cấu của các tòa nhà chủ yếu được quyết định bởi trọng lực, trong khi ở trong không gian, sự suy yếu của trọng lực khiến cho việc thiết kế và tính toán các kết cấu rất khác so với trên Trái đất.
Ngoài ra, trạm vũ trụ cần phải đối mặt với tác động của các lực bên ngoài như lực đẩy máy bay và chênh lệch áp suất không khí, những điều này có thể đặt ra thách thức đối với sự ổn định và độ bền của kết cấu. Vì vậy, trong thiết kế kỹ thuật không gian, các yếu tố này phải được xem xét hợp lý để đảm bảo kết cấu có thể chịu được nhiều ngoại lực khác nhau nhằm đảm bảo an toàn cho nhân sự.
Những thách thức về bảo trì và cập nhật: Là một cơ sở vũ trụ dài hạn, Trạm vũ trụ quốc tế yêu cầu bảo trì và cập nhật thường xuyên. Tuy nhiên, đặc thù của môi trường không gian khiến nhiệm vụ này trở nên vô cùng khó khăn.
Đi bộ ngoài không gian và mang theo thiết bị là một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn đối với các phi hành gia, cộng với những hạn chế của bản thân tàu vũ trụ như áp suất không khí, thay đổi nhiệt độ, v.v., khiến việc bảo trì và cập nhật trở nên phức tạp hơn. Ngoài ra, việc ứng dụng và cập nhật công nghệ mới có thể gây ra những rủi ro và bất ổn mới, đòi hỏi phải có sự đánh giá và lập kế hoạch cẩn thận để đảm bảo sự ổn định và bảo mật của toàn bộ hệ thống.
Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) là một công trình quan trọng. (Ảnh minh họa: Zhihu).
Giải pháp chống rỉ sét trên Trạm vũ trụ quốc tế: Khám phá lớp phủ bảo vệ và tối ưu hóa vật liệu
Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) là cột mốc quan trọng trong hành trình khám phá không gian của nhân loại, tuy nhiên, giống như bất kỳ vật thể nào trên Trái đất, ISS cũng phải đối mặt với sự xói mòn của thời gian và môi trường. Trong số đó, vấn đề rỉ sét của trạm vũ trụ luôn thu hút nhiều sự chú ý. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã giải quyết vấn đề rỉ sét bằng cách khám phá các phương pháp sơn phủ bảo vệ và tối ưu hóa vật liệu.
Lớp phủ bảo vệ là một trong những phương tiện quan trọng để giải quyết vấn đề rỉ sét của ISS. Đối với bất kỳ thiết bị cơ khí nào hoạt động trong môi trường không gian, chất lượng và độ tin cậy của lớp phủ bảo vệ là rất quan trọng. Để chống rỉ sét hiệu quả, các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu, cải tiến công thức, quy trình thi công lớp phủ bảo vệ. Trong số đó, một công nghệ tiên tiến được gọi là "lớp phủ hoạt động" được sử dụng.
Loại lớp phủ này có thể tạo thành một lớp sản phẩm phản ứng hóa học bảo vệ trên bề mặt lớp phủ dẫn điện để ngăn chặn sự hình thành các oxit sắt, do đó có vai trò chống oxy hóa và chống ăn mòn. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng đã nghiên cứu công nghệ phủ micro-nano để cải thiện khả năng bịt kín và chống ăn mòn của lớp phủ bằng cách bổ sung các hạt nano vào vật liệu phủ. Những công nghệ phủ tiên tiến này mang lại sự bảo vệ đáng tin cậy cho hoạt động lâu dài của ISS.
(Ảnh minh họa: NASA).
Trong khi rỉ sét trên Trạm vũ trụ quốc tế gây ra một số lo ngại, các nhà khoa học và kỹ sư sẽ tiếp tục nỗ lực giải quyết vấn đề. Xét cho cùng, Trạm vũ trụ quốc tế là một cửa sổ quan trọng đối với nhân loại trong không gian, chúng ta nên cùng nhau bảo vệ nó và tiếp tục thúc đẩy quá trình khám phá không gian. Chỉ thông qua đổi mới và nghiên cứu liên tục, chúng ta mới có thể hiểu rõ hơn về môi trường không gian và có thể vượt qua những thách thức khác nhau và mở ra những khả năng rộng lớn hơn cho tương lai của nhân loại.