载人航天器用材料盐雾试验方法标准立项研究报告

载人航天器用材料盐雾试验方法标准立项研究报告EnglishTitle:ResearchReportontheStandardizationofSaltSprayTestMethodsforMaterialsUsedinMannedSpacecraft摘要随着我国载人航天工程、月球探测及深空探测任务的持续推进，航天器材料在地面阶段的腐蚀防护问题日益凸显。本研究基于《2022年国家标准立项指南》中"关键基础材料标准"的要求，针对载人航天器材料在沿海总装和发射环境中面临的盐雾腐蚀风险，开展盐雾试验方法标准化研究。报告系统分析了载人航天器在地面制造、试验、贮存、运输和发射过程中可能经历的三类典型环境——"海上运输及户外环境"、"无温湿度控制室内环境"及"有温湿度控制室内环境"，并据此制定了相应的盐雾环境腐蚀评价试验方法。本研究不仅填补了国内载人航天器材料盐雾腐蚀评价标准的空白，更为后续载人月球探测工程、深空探测等重大型号任务提供了重要的材料保障技术支撑。实际应用表明，该标准已在空间站、神舟飞船等型号研制过程中得到成功应用，为数百种目录外材料的选用控制和数十种新材料的可靠性评价提供了技术依据。关键词：载人航天器；盐雾试验；腐蚀评价；材料标准；环境适应性Keywords:MannedSpacecraft;SaltSprayTest;CorrosionEvaluation;MaterialStandards;EnvironmentalAdaptability正文1研究背景与立项必要性本项目属于《2022年国家标准立项指南》重点支持的"关键基础材料标准"范畴，具体涉及"航空等产业急需应用的碳纤维复合材料质量稳定性检测"领域。随着我国航天事业的快速发展，载人航天器材料在地面阶段的腐蚀问题日益受到关注。目前和未来的载人航天器（包括载人月球探测工程）型号，多通过天津总装厂房进行总装以及在海南文昌发射场发射。这些沿海环境具有高湿度、高盐雾沉降的特点，成为载人航天器材料地面阶段腐蚀的主要环境因素。与舰船、兵器和飞机等装备相比，载人航天器产品的各类地面环境虽然相对良好，腐蚀性较弱，但正因如此，在设计和制造过程中，人们往往更关注材料的力、电、热等功能性指标，而对材料耐腐蚀性能的测试评价及腐蚀风险控制防护存在不足。通过调研发现，在制造、试验、贮存、运输和发射期间，载人航天器产品需要经历复杂的地面过程。在温度、湿度和氯离子沉降等环境因素作用下，国内外载人航天器材料都发生过不同程度的腐蚀案例，迫切需要建立相应的腐蚀评价标准。2腐蚀风险分析2.1发射和运输期间的温湿度波动风险载人航天器发射过程存在三个无空调保障的关键阶段：①载人航天器转运、星罩组合体上塔阶段；②星箭联合总检查模拟真实发射开塔阶段；③载人航天器发射前30分钟。在此期间，由于外界与罩内存在温差，整流罩内相对湿度会出现较大波动升高，导致腐蚀敏感材料存在腐蚀风险。以某发射中心为例，在12月-2月期间，外界环境温度约为-20℃至0℃，按照运载火箭给出的整流罩热熔曲线，罩内温度在无空调情况下30分钟约下降10℃-13℃，整流罩内相对湿度约增长30％，导致罩内湿度不满足载人航天器储存要求。再以某型号星箭联合总检查为例，开塔整流罩内断空调时间约65分钟，罩内温度由25℃下降至13℃，这时罩内相对湿度将从35％左右升高至65％左右，恢复空调送风时，最大相对湿度将达到84％，湿度出现显著波动。2014年，某型号1N推力器组件在测试过程中发生未喷气故障，经排查发现事故原因是1N推力器内部的高温合金网（主要元素为Ni）发生腐蚀，腐蚀产物堵塞毛细管内腔所致。失效分析证实，腐蚀的发生是由于该组件在运输过程中因温度变化导致的湿度失控。2.2海洋性大气环境的盐雾沉降风险有空调保障的控温控湿厂房是载人航天器产品重要的一类地面环境场所，在腐蚀控制方面发挥了重要作用。然而，在有空调保障的控温控湿厂房内，载人航天器产品仍非零风险。一方面，在沿海地区，空调虽然可以控温控湿，但无法屏蔽空气中的氯化物，大厅、厂房内的氯离子沉降依然存在。另一方面，大厅、厂房的空间较大，即使有空调保障，湿度也不易控制均匀，容易存在湿度较高的局部区域。2016年ESA颁布的ECSS-Q-ST-70-14C"空间产品保证腐蚀"标准中就明确指出，大厅、厂房空间大会导致湿度不均匀，存在腐蚀风险。某型号选用的高强钢螺栓，在文昌大厅环境下就出现过腐蚀问题。2.3地面长时贮存期间的腐蚀风险某些载人航天器型号及其产品需要在地面贮存较长时间，一些腐蚀敏感材料在此期间易发生腐蚀。伴随着轻量化的设计要求，镁合金在载人航天器产品中的应用日益广泛，但镁合金化学活性很高，属典型的难镀金属。2010-2015年间，星用镁合金产品在贮存中曾多次发生腐蚀。为评价地面贮存环境对航天器材料的腐蚀影响，2014年国内相关单位投放了20种、300余件试样件，在室内进行了为期3个月和6个月的暴露试验，结果发现部分敏感性材料发生了腐蚀。3标准适用范围与技术内容3.1适用范围本标准规定了航天器产品在"海上运输及户外环境"、"无温湿度控制室内环境"及"有温湿度控制室内环境"三类环境下的盐雾环境试验方法，适用于航天器产品在地面可能经历的盐雾环境下的耐蚀性评价。建议将航天器产品用的材料分别进行评价，如有特殊需求，也可以直接用产品进行评价。3.2主要技术内容本标准主要包括载人航天器用材料盐雾环境试验的一般要求、试验设备，以及海上运输及户外环境、无温湿度控制室内环境、有温湿度控制室内环境等条件的试验、结果分析和试验报告。标准草案详细规定了试验条件、试验周期、试样制备、试验程序、结果评定等关键技术要求。3.3技术基础与方法验证宇航物资保障事业部长期致力于航天器材料耐蚀性评价技术的研究工作，开展了天津总装基地和文昌总装大厅的环境监测，以及航天器材料在上述环境下的实际暴露试验，编制了院标Q/W1677―2021《航天器用材料盐雾试验方法》和《空间站材料盐雾环境试验技术要求》。这些成果已广泛应用于包括空间站在内的多个载人航天器型号的材料保证工作。本标准在空间站、神舟飞船等多个载人航天器研制过程中，已经正式作为材料耐盐雾环境的试验方法下发使用，获得了广泛应用。在数百项目录外材料的选用控制以及数十项新材料的可靠性评价过程中，均获得了应用，为型号材料的选用提供了技术支撑，应用案例包括：不锈钢紧固件、CF170不锈钢、7055喷射成型铝合金、铝基碳化硅复合材料、导电型防原子氧二次表面镜、防热涂层、0Cr15Ni5Cu4Nb不锈钢等。在应用过程中，本标准内容已经积累了良好的技术基础。介绍修订的企事业单位或标委会宇航物资保障事业部宇航物资保障事业部是我国航天领域材料与工艺技术的核心研发机构，长期承担载人航天、深空探测等重大工程的材料保障任务。该部门拥有国内领先的材料检测与分析能力，建立了完善的航天器材料评价体系，参与制定了多项国家和行业标准。在盐雾腐蚀研究领域，该部门开展了系统性研究，建立了天津、文昌等航天发射场的环境数据库，积累了丰富的腐蚀案例和数据。部门研发的盐雾试验方法已成功应用于多个航天型号，为保障航天器可靠性提供了重要技术支撑。部门现有研究人员百余人，其中高级职称占比40%以上，拥有各类先进检测设备200余台套，实验室获得CNAS和DILAC认证。结论与展望《载人航天器用材料盐雾试验方法》标准的制定，填补了我国在航天器材料地面腐蚀评价领域的标准空白，为载人航天工程提供了重要的技术支持。该标准针对三类典型地面环境建立的盐雾试验方法，科学合理，实用性强，已在实际工程中得到验证和应用。随着我国载人月球探测、深空探测等任务的深入推进，航天器面临的环境将更加复杂多样，对材料耐腐蚀性能提出更高要求。未来将进一步开展以下工作：一是持续完善标准内容，扩大材料覆盖范围；二是加强国际合作，推动标准与国际接轨；三是开展极端环境下的材料腐蚀行为研究，为未来任务提供技术储备；四是建立