راز چسبیدن فلزات در فضا؛ خطری پنهان برای ماهواره‌ ها و فضاپیماها / کابوس مهندسان ناسا

به گزارش رکنا، این پدیده شگفت‌انگیز که «جوش سرد» نام دارد، یکی از چالش‌های مهم و کمتر شناخته‌شده صنعت فضایی است و می‌تواند سرنوشت یک مأموریت را تغییر دهد.

جوش سرد زمانی رخ می‌دهد که دو سطح فلزی کاملاً تمیز در شرایط خلأ با یکدیگر تماس پیدا کنند. در چنین وضعیتی، اتم‌های موجود در سطح فلزها که پیوندهای ناتمام دارند، با اتم‌های فلز مقابل ارتباط برقرار می‌کنند و مرز میان دو قطعه از بین می‌رود. نتیجه این فرایند، تشکیل یک اتصال واقعی در سطح اتمی است؛ بدون نیاز به حرارت، ذوب شدن یا استفاده از مواد چسبنده.

اما چرا این اتفاق روی زمین رخ نمی‌دهد؟

پاسخ در وجود اکسیژن نهفته است. بیشتر فلزات در مجاورت هوا به سرعت لایه‌ای بسیار نازک از اکسید روی سطح خود تشکیل می‌دهند. این پوشش محافظ مانع تماس مستقیم اتم‌های دو فلز می‌شود و از ایجاد پیوند میان آن‌ها جلوگیری می‌کند. در فضا اما خبری از اکسیژن نیست و همین موضوع شرایط را برای وقوع جوش سرد فراهم می‌سازد.

علاوه بر خلأ، عوامل دیگری نیز این پدیده را تشدید می‌کنند. تابش‌های خورشیدی، پرتوهای کیهانی و ذرات باردار موجود در فضا می‌توانند به مرور هرگونه آلودگی یا پوشش محافظ باقی‌مانده روی فلز را از بین ببرند. در نتیجه، سطح فلزها تمیزتر و آماده‌تر برای برقراری پیوند می‌شود.

سطح فلزها برخلاف ظاهر صیقلی‌شان در مقیاس میکروسکوپی پر از برآمدگی‌ها و ناهمواری‌های بسیار ریز است. هنگامی که دو قطعه فلزی تحت فشار قرار می‌گیرند یا روی یکدیگر حرکت می‌کنند، این نقاط برجسته به هم ساییده می‌شوند و ممکن است لایه محافظ سطح را از بین ببرند. همین تماس مستقیم میان فلزهای خالص آغازگر فرایند جوش سرد خواهد بود.

اهمیت این موضوع زمانی مشخص می‌شود که بدانیم بسیاری از تجهیزات فضایی دارای قطعات متحرک هستند. صفحات خورشیدی، آنتن‌ها، بازوهای رباتیک و دریچه‌های مختلف باید پس از رسیدن به مدار باز یا فعال شوند. اگر این بخش‌ها به دلیل جوش سرد به هم بچسبند، ممکن است کل سامانه از کار بیفتد و مأموریت با شکست روبه‌رو شود.

یکی از مشهورترین نمونه‌های احتمالی این پدیده به فضاپیمای «گالیله» ناسا بازمی‌گردد. این کاوشگر که برای مطالعه سیاره مشتری به فضا فرستاده شده بود، آنتنی بزرگ داشت که پس از پرتاب باید باز می‌شد. اما این آنتن هرگز به طور کامل باز نشد. برخی کارشناسان معتقدند یکی از دلایل این مشکل، وقوع جوش سرد در بخشی از سازوکار آنتن بوده است.

همه فلزها به یک اندازه در معرض این خطر قرار ندارند. فلزاتی مانند طلا و پلاتین که به سختی لایه اکسیدی پایدار تشکیل می‌دهند، بیش از سایر فلزها مستعد جوش سرد هستند. به‌ویژه طلا که علاوه بر مقاومت بالا در برابر اکسید شدن، فلزی نرم نیز محسوب می‌شود و به راحتی با سطح مقابل خود منطبق می‌شود.

برای مقابله با این مشکل، مهندسان از راهکارهای مختلفی استفاده می‌کنند. ایجاد لایه‌های محافظ اکسیدی مصنوعی، استفاده از روان‌کننده‌های خشک ویژه و به‌کارگیری فلزهای متفاوت در قطعات در تماس از جمله مهم‌ترین روش‌های پیشگیری از جوش سرد هستند. همچنین تجهیزات فضایی پیش از پرتاب در شرایطی مشابه محیط فضا آزمایش می‌شوند تا هرگونه احتمال بروز این پدیده شناسایی شود.

با وجود تمام این اقدامات، جوش سرد همچنان یکی از دغدغه‌های مهم صنعت فضایی به شمار می‌رود. این پدیده نشان می‌دهد که قوانین فیزیک در محیط فضا گاهی می‌توانند رفتارهایی کاملاً متفاوت از آنچه روی زمین تجربه می‌کنیم، به نمایش بگذارند؛ رفتارهایی که بی‌توجهی به آن‌ها ممکن است میلیاردها دلار هزینه و سال‌ها تلاش علمی را با خطر مواجه کند.