Физика

В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.

Особенности этого процесса раскрыли инженеры и материаловеды, а подробный разбор механизмов необычного сцепления опубликовал научно-популярный ресурс Live Science.

На Земле практически любая металлическая поверхность покрыта тончайшим слоем оксида толщиной всего несколько атомов, который образуется при контакте с кислородом. Эта невидимая пленка работает как изолирующая обертка. В космосе же оксидная пленка не может восстановиться из-за отсутствия воздуха, а экстремальные условия только способствуют сварке. На микроскопическом уровне любая металлическая поверхность похожа на крошечные горные хребты.

Когда детали прижимаются друг к другу или вибрируют, эти пики сминаются и сдвигаются, полностью разрушая земной защитный слой. Солнечная и ионная радиация на орбите также «соскабливают» остатки оксидов, оставляя атомы полностью обнаженными и готовыми к связи. Самыми опасными в этом плане считаются золото и платина, которые в принципе не образуют оксидного слоя даже на Земле, а мягкость золота позволяет ему идеально принимать форму любой поверхности и мгновенно прилипать к ней.

Для инженеров космической отрасли это явление давно стало серьезной угрозой, способной заклинить люки, заблокировать развертываемые конструкции или намертво зафиксировать крепежные элементы. Из-за холодной сварки в свое время пострадал знаменитый зонд NASA Galileo, запущенный в 1989 году к Юпитеру. Вибрации при старте и потеря смазки привели к тому, что детали его сложенной остронаправленной антенны лишились защитного слоя и сварились между собой в вакууме, из-за чего в 1991 году она так и не смогла полностью раскрыться.

Чтобы защитить технику от самопроизвольного склеивания, специалисты применяют анодирование для создания искусственного прочного оксидного слоя и покрывают движущиеся части сухими смазками вроде дисульфида молибдена. Другим эффективным методом служит совмещение разнородных металлов с отличающейся кристаллической структурой, чья атомная решетка не позволяет электронам легко перемешиваться. При этом перед отправкой в космос все оборудование обязательно проходит жесткие тесты на вибростендах и в вакуумных камерах, поскольку при сильном трении холодная сварка может заклинить болты даже в лабораториях на Земле.