位于肯尼迪航天中心的NASA腐蚀技术实验室正在发展,以便更好地了解影响NASA重新设计的发射场、结构、设施和运载火箭的腐蚀过程。这些知识无疑将有助于未来整个整理行业的发展。

艺术家绘制的绕月飞行的猎户座太空舱。图片由洛克希德·马丁公司提供。


佛罗里达州是美国宇航局发射操作中心的所在地。自1962年7月建立以来,这个航天港一直是美国每次载人飞行任务和发射服务计划(Launch Services Program)下数百艘先进科学飞船的出发门。1963年底,该中心更名为约翰·f·肯尼迪航天中心,以纪念将美国送上月球之路的肯尼迪。今天,NASA正处于一个大胆的新挑战的边缘:星座计划。“星座”是美国宇航局为载人航天创造新一代航天器的一个项目,主要由“战神1号”和“战神5号”运载火箭、“猎户座”乘员舱、地球出发级和登月舱组成。这些航天器将有能力执行各种任务,从空间站补给到登月。这项雄心勃勃的新计划要求NASA将人类探险者送回月球,然后再前往更远的地方,前往火星和更远的地方。

作为美国最重要的航天发射场,肯尼迪航天中心(KSC)将在探索的新篇章中发挥关键作用,特别是在转换发射设施以容纳新的运载火箭方面。为了准备这一努力,必须重新设计、组装和测试发射场和下一代载人和货运车辆的设施。翻修过程中仔细考虑的一个关键因素是保护新设施和结构免受腐蚀和恶化。

加速腐蚀实验室包括传统的盐雾测试技术,以及先进的循环和酸性方法。

腐蚀研究的资源

NASA在1966年双子/阿波罗计划期间开始在KSC进行腐蚀研究,对碳钢的长期防腐涂层进行评估。发射台附近的KSC环境被美国材料协会(ASM)记录为世界上最具腐蚀性的自然环境之一。188金宝搏bet官网 1 随着1981年航天飞机的问世,发射台本已具有高度腐蚀性的环境由于固体火箭助推器排出的酸性废气而变得更加严重。在随后的几年里,大量的研究确定了暴露在发射台高腐蚀性环境中的发射硬件和设备的材料、涂层和维护程序。188金宝搏bet官网研究和开发在发射设施中提供防腐和预防的技术是NASA优先需求清单中的重要部分。

为了对抗恶劣的环境,NASA在KSC建立了腐蚀技术实验室。该设备具有完整的腐蚀研究和测试能力。肯尼迪腐蚀技术实验室的科学家和工程师正在努力减少腐蚀的影响,甚至开发新的防腐技术,因为NASA正在为星座计划准备KSC。

NASA腐蚀技术实验室的设施包括一个海滨大气暴露场、一个电化学和涂层开发实验室、一个加速腐蚀实验室、一个涂层应用设施和一个照片文档实验室。海滨大气暴露地点包括一个完整的天气数据站,一个阴极保护兼容罐,海水浸泡罐,和一个现场实验室,除了许多机架的大气暴露。该网站已经积极维护了40多年,并产生了一个评价新材料的历史数据库。188金宝搏bet官网该站点具有远程接入网络连接,可通过互联网进行数据采集和实时视频。这些设施可供NASA以外的公司和个人使用,可以为整理行业提供一种推进抗腐蚀技术的方法。

涂料应用实验室配备了常规、无气和多组分喷涂能力。

耐腐蚀涂料的进展

在像航天中心这样有海洋环境的地区,混凝土的腐蚀是一个主要问题。腐蚀技术实验室开发了保护混凝土和混凝土中的钢筋的技术。KSC的两个航天飞机发射场各由68,000码重130万磅的混凝土组成。由于这两个发射台正在翻新,以容纳载人战神1号(载人运载火箭)和无人战神5号(货运运载火箭),以支持星座计划,实验室将继续开发技术来保护这些结构。近年来,为了防止钢筋在混凝土中的腐蚀,开发了一种牺牲电涂层。美国宇航局将这项专利技术授权给了两家公司。该涂层目前正在世界各地的结构上进行重新配制和测试。

NASA使用不同类型的涂层来保护飞行硬件、发射台结构和地面支持设备。屏障涂层,如环氧树脂和聚氨酯,用于隔离金属结构的表面与腐蚀环境。转换涂层,如用于整个轨道飞行器区域防腐的Super Koropon底漆,将表面转换为坚硬、耐用、耐腐蚀的层。牺牲涂层,例如发射台使用的富锌底漆,通过优先腐蚀碳钢来提供防腐保护。

智能涂料是最新的发展,代表了涂料技术的最先进水平。这些涂料能感知环境并提供适当的响应。腐蚀技术实验室目前正在开发“智能涂层”,用于早期的腐蚀检测和控制,以防止进一步的腐蚀。该实验室还参与了自清洁光催化涂层的开发,这种涂层可以在无需人工干预的情况下去除污染。

更好地理解

腐蚀技术实验室及其工作在NASA内被认为是独一无二的。新的程序已经开发出来,用于快速评估耐腐蚀合金、保护涂层和其他材料,从而提高了国家发射基础设施和飞行硬件的安全性和可靠性。188金宝搏bet官网这项研究的结果将有利于发射的新结构。例如,39B发射中心将开始转变为战神1号设施,建造三到四个新的高避雷柱,然后拆除发射台的固定和旋转服务结构,目前这些结构用于进入航天飞机并将有效载荷插入轨道飞行器。发射中心将自1977年以来首次类似阿波罗式的“清洁发射台”设计。为了容纳战神1号,将建造两个新的可移动发射平台和一个发射塔,一个新的“过山车”逃生系统将取代现有的滑丝系统,将发射塔与距离发射台1000米的新的加固掩体连接起来。用合金和保护涂层加固新平台、塔和逃生系统将大大提高该设备的安全性和可靠性。

肯尼迪航天中心的腐蚀专家使用测试设备,如酸性和标准盐雾室、气象计、交流和直流电化学腐蚀仪器、粘附测试仪、数据记录器和其他仪器,对材料在各种环境中的腐蚀行为进行研究,包括加工设施的内部和运输设备。188金宝搏bet官网飞行器装配大楼目前正在进行修改,以适应航天飞机和战神1号的同时装配和检验操作。最终,当2018年之后月球任务开始时,该建筑将允许战神1号和战神5号的装配。美国国家航空航天局还将建造两个新的移动发射平台,用于使用目前的履带式运输装置来处理战神1号,并将在战神5号上线时最终用新的装置取代阿波罗时代的机器。耐腐蚀材料对维持这些结构的可操作性和寿命188金宝搏bet官网至关重要。

腐蚀技术实验室目前的项目还通过研究防止材料在空间环境中腐蚀的技术,支持未来空间飞行器的发展。188金宝搏bet官网这些项目包括在缺氧环境下测试不锈钢和高强度、低合金钢的断裂。这些项目的结果将有助于保护NASA正在考虑的第三个发射中心——39C——发射的航天器。39C将主要用于容纳未来的火星任务,届时需要多个战神5号将火星航天器发射到近地轨道。

随着NASA准备向前发展,KSC的腐蚀技术实验室将进一步发展,以更好地了解影响NASA重新设计的发射场、结构、设施和运载火箭的腐蚀过程。这些知识无疑将有助于未来整个整理行业的发展。


有关NASA腐蚀技术实验室的更多信息,请访问http://corrosion.ksc.nasa.gov/

作者致谢:Jeffrey A. Kohler, ASRC航空航天技术项目和合作伙伴,对本文有贡献。