当人类探测器飞向火星、月球基地进入规划、商业卫星星座布满近地轨道，航天工程对材料的要求已超越地球极限。在近乎绝对真空（<10⁻⁶ Pa）、强紫外辐射、原子氧侵蚀、剧烈温度交变（–180℃至+120℃）以及高能粒子轰击的深空环境中，绝大多数有机材料会迅速老化、脆化或释放气体，污染精密光学与电子系统。而高纯度硅橡胶，凭借其独特的分子结构与可调控的化学惰性，成为航天器密封、减振与热控系统中不可替代的“柔性信使”，在宇宙的寂静中默默守护着人类探索的边界。

一、空间环境对聚合物的严酷考验

真空释气（Outgassing）

地球大气压下稳定的材料，在真空中会释放小分子（如增塑剂、未反应单体），凝结在镜头、太阳能电池板或传感器表面，导致：

光学透过率下降；

热控涂层性能退化；

高压电路漏电。

原子氧（AO）侵蚀

近地轨道（200–700 km）存在高活性原子氧，可氧化有机材料表面，造成剥蚀、粉化。

紫外与粒子辐射

太阳紫外光（尤其<200 nm）及宇宙射线可打断C–C、C–H键，引发交联或断链。

热循环疲劳

卫星每90分钟绕地一圈，经历一次–150℃至+120℃循环，材料反复膨胀收缩易开裂。

二、硅橡胶的空间适应性优势

尽管并非完美，但硅橡胶在关键指标上显著优于其他弹性体：

1. 极低释气特性

主链为Si–O键（键能452 kJ/mol），侧基为甲基，热稳定性高；

高纯度加成型硅橡胶经真空脱挥处理后：

总质量损失（TML）<0.5%；

收集挥发物（CVCM）<0.01%；

满足NASA ASTM E595 最严标准（TML≤1.0%，CVCM≤0.1%）。

相比之下，普通硅胶TML可达2–5%，环氧树脂更高达10%以上。

2. 优异耐辐射性

Si–O键不易被γ射线或电子束打断；

添加纳米氧化铈（CeO₂）或碳化硅（SiC）可捕获自由基，提升抗辐射能力；

在100 kGy剂量下，力学性能保留率>80%。

3. 宽温域弹性保持

玻璃化转变温度（Tg）≈ –120℃，在月球夜间（–180℃）仍具一定柔韧性；

苯基硅橡胶（Phenyl Silicone）通过引入苯基，进一步降低Tg至–140℃，适用于深空任务。

4. 抗原子氧能力中等

硅橡胶表面受AO侵蚀会形成二氧化硅（SiO₂）钝化层，减缓进一步氧化；

虽不如聚酰亚胺（PI）或含氟聚合物，但通过表面涂覆SiO₂或Al₂O₃纳米膜可显著提升防护性。

三、典型航天应用场景

1. 光学系统密封

哈勃望远镜、詹姆斯·韦伯太空望远镜的镜筒接口采用定制硅橡胶O型圈；

要求零污染、零颗粒脱落，确保红外/可见光波段无散射。

2. 太阳能帆板铰链减振

硅胶垫片吸收展开冲击，防止结构共振；

长期暴露于紫外与电子辐照下不失效。

3. 宇航服关节密封

国际空间站EMU宇航服手腕、头盔旋转接头使用医用级硅胶；

保障气密性同时允许灵活运动，耐受舱外–100℃低温。

4. 卫星推进系统密封

冷气推进或离子推进器的阀门密封需耐受高压惰性气体（如氮气、氙气）；

硅橡胶压缩永久变形低，确保数千次开关后仍密封可靠。

四、材料筛选与认证体系

所有航天用硅橡胶必须通过：

NASA outgassing database 列名；

ESA ECSS-Q-ST-70-02C 标准（欧洲空间标准化合作组织）；

地面模拟试验：

热真空循环（TVAC）100次；

紫外/原子氧/电子综合辐照；

力学性能衰减评估。

主流供应商如道康宁（Dow Corning）、瓦克（Wacker）、Nusil均提供“Space Qualified”硅橡胶系列。

五、挑战与未来方向

长期老化数据缺乏：多数测试仅模拟5–10年，而深空任务可达20年；

微流星体撞击风险：柔性材料易穿孔，需复合防撞层；

原位制造需求：未来月球基地或需3D打印硅胶密封件，推动可打印空间级硅胶研发。

结语

在浩瀚宇宙的无声舞台上，硅橡胶是沉默的守护者。它不发光，却保障望远镜看清百亿光年外的星系；不推进，却确保推进器精准点火；不呼吸，却维系宇航员生命之气。这抹柔韧的硅基材料，以分子级的稳定，回应着真空与辐射的终极考验。当人类向星辰大海进发，总有这样一道柔软的防线，在寂静中，撑起文明探索的最后一道弧线——因为真正的远征，始于对细节最极致的敬畏。

Ceramic refractory flame retardant silicone rubber-Mingyi Silicone