Почему металлы прилипают друг к другу в космосе?

Если прижать две металлические плиты друг к другу на Земле, то ничего не произойдет. Но если взять те же плиты и прижать их в космосе, то они вполне могут стать одним фрагментом металла в результате холодной сварки. Портал livescience.com рассказал, почему это происходит на атомном уровне, и почему именно в космосе.

Металлы состоят из кристаллических решеток — структур, где атомы связаны между собой. Однако атомы у поверхности металла ни к чему не привязаны внешней стороной. Если у них появляется возможность, они «тянутся» к поверхности другого фрагмента металла и делят с ней электроны. Но на Земле поверхность почти каждого металла покрыта слоем оксида толщиной всего в пару атомов; он формируется при контакте металла с кислородом.

Тонкий слой оксида играет роль изолирующей обертки. Без нее свободные электроны на поверхности одного металла перестают узнавать, к какому атому они принадлежат. А в космосе, где нет кислорода, слой оксида не генерируется заново, если его удалить — обычно его стирают холод и постоянная бомбардировка космической радиацией.

По этой причине любой металл в космосе восприимчив к холодной сварке. В космосе они очищаются от поверхностного слоя оксида, тем самым оставляя атомы, готовые к формированию новых связей.

Помимо этого, стоит помнить, что металлические поверхности никогда не бывают идеально гладкими. На микроскопическом уровне они зазубрены и больше похожи на крошечные горные хребты, чем на плоские равнины. Если прижать две поверхности друг к другу, особенно без скольжения или вибрации, слои оксидов на них могут стереться — и появится металлургическая связь.

Холодная сварка в космосе — давняя головная боль многих инженеров. Там, где возможна холодная сварка, всегда есть вероятность, что две металлические детали могут попросту слипнуться. Какой-то механизм может намертво застрять, дверь перестанет открываться, подвижная деталь перестанет двигаться. Например, если вкрутить простой металлический шуруп в металлическую дверь, то через некоторое время его невозможно будет выкрутить — он буквально станет частью двери.

Нечто подобное произошло с зондом NASA «Галилей» в 1989 году. Потеря смазки и вибрации при запуске аппарата, по мнению специалистов, удалили слой оксида на специфических деталях свернутой антенны. Инженеры попытались развернуть ее в 1991-м, но она так и не раскрылась полностью. К тому же, существуют металлы, более подверженные подобным проблемам. Так, золото и платина вообще не формируют оксидный слой, даже на Земле, поэтому они особенно известны склонностью к холодной сварке.

Чтобы предотвратить сварку металлических компонентов на орбите, инженеры используют ряд трюков. Один из них — анодирование; процесс, покрывающий поверхность металла искусственным оксидом. Другой метод — покрытие движущихся деталей сухими лубрикантами, вроде дисульфида молибдена, чтобы физически не позволить поверхностям соприкасаться.

Наконец, третья опция — сочетание непохожих друг на друга металлов. Например, золота и молибдена. Они достаточно сильно отличаются, поэтому их атомные структуры не сочетаются так же легко, как в случае прочих металлов.