В космосе с металлом происходит нечто странное, и это может мешать длительным перелетам

В земных условиях под воздействием кислорода металл окисляется, в результате чего возникает ржавление. Несмотря на то, что люди научились бороться с этой проблемой, она все равно существует и, например, хорошо знакома многим автовладельцам, так как кузова некоторых автомобилей быстро гниют. Можно было бы предположить, что с металлическими изделиями не должно быть никаких проблем в космосе, так как там нет окислителя. Однако ученые столкнулись с другими проблемами, которых нет на Земле. Причем они могут иметь серьезные последствия для космических миссий.

4 фото via

В космосе металлы ведут себя не так, как на Земле

Что такое холодная сварка

С тех пор как люди освоили плавление металлов, возникла необходимость соединения различных металлических деталей между собой. Для этих целей использовали самые разные технологии, но наиболее надежным и практичным решением оказалась сварка. Эта процедура подразумевает сплавление двух металлов в результате воздействия высокой температурой.

В 40-х годах прошлого века ученые обнаружили, что сварка металлов может осуществляться даже без высоких температур и плавления. Такой способ соединения стал называться “холодной сваркой”. Для соединения металлов таким способом необходимы определенные условия: наличие вакуума, свариваемые поверхности должны быть плоскими и чистыми.


Сварка металлов может быть не только горячей, но и холодной (без плавления соединяемых поверхностей)

Почему это происходит? На самом деле все очень просто — когда две металлические поверхности соприкасаются друг с другом в вакууме, между ними нет ничего. Это значит, что атомы на двух металлических поверхностях начинают соприкасаться друг с другом и взаимодействовать так же, как они взаимодействуют со своими соседними атомами, расположенными глубже в металле. Проще говоря, они связываются друг с другом.

Холодная сварка позволяет соединять не только однотипные, но и разные виды металлов. Правда, на практике использовать ее гораздо сложнее, чем это выглядит в теории. То есть невозможно просто поместить две детали в безвоздушной пространство и соединить их, чтобы они приварились друг к другу. Для осуществления этого процесса в земных условиях, необходимо идеально очистить поверхности и обеспечить определенное давление.

Однако в наномасштабах холодная сварка осуществляется довольно легко. Например, если взять две отдельные части золотой нанопроволоки и соединить их, они приварятся друг к другу. Причем соединение получится качественным — сложно будет поверить, что когда-то это были две отдельные части проволоки из одного и того же металла. Поэтому холодную сварку часто используют при соединении крошечных элементов.


В космосе стальные листы приварились бы друг к другу сами по себе

Что происходит с металлом в космосе

Как вы наверняка уже догадались, проблема, с которой столкнулись ученые в космосе — это холодная сварка. Любые контакты металл-металл на космическом корабле подвержены высокому риску холодной сварки. Поэтому ее приходится учитывать инженерам, проектирующим космические корабли.

Холодная сварка может вывести из строя такие элементы, как HDRM (механизмы удержания и освобождения), многожильные провода, механические концевые упоры, зубья шестерен, подшипники и многие другие детали. Более того, в космосе уже происходили инциденты, вызванные этим процессом. Например, в 1991 году на космическом корабле “Галилео”, который участвовал в миссии “Юпитер”, не удалось развернуть антенну с высоким коэффициентом усиления. Как сообщает Европейское космическое агентство, в сложенном состоянии ее ребра соприкасались друг с другом, в результате чего в космосе они приварились.

Правда, миссия не провалилась, так как космический корабль имел еще одну антенну, которая не имела таких проблем. Но если бы ее не было, выход из строя такого узла означал бы конец важнейшей миссии по исследованию Солнечной системы.

На практике потенциальные проблемы, связанные с холодной сваркой, обычно обнаруживаются на позднем этапе создания космических механизмов при проведении первых испытаний в вакууме. Это значительно увеличивает затраты и усилия на устранение проблемы.


Космический аппарат «Галилео» не смог раскрыть антенн из-за холодной сварки. Источник изображения:wikimedia.org

Может ли холодная сварка помешать космическим перелетам

В настоящее время, помимо инцидента с антенной космического корабля «Галилео», серьезных проблем, связанных с холодной сваркой, в космосе пока не возникало. Однако они теоретически могут возникнуть во время длительных космических перелетов. Например, сварка двух элементов может произойти в результате повреждения покрытия, которое не дает двум металлическим элементам касаться друг друга.

Но, справедливости ради отметим, что холодная сварка в настоящее время является далеко не самой серьезной проблемой, мешающей длительным космическим перелетам. Самое главное, что человеческий организм к ним еще не готов. Например, не так давно ученые обнаружили, что в невесомости разрушается кровь и быстро мутирует ДНК. Решить проблемы, возникающие с человеческим организмом, гораздо сложнее, чем с металлическими механизмами.