إذا قمت بدفع لوحين معدنيين معًا على الأرض، فلن يحدث شيء. لكن إذا أخذت تلك الصفائح نفسها إلى فراغ الفضاء، فيمكن أن تندمج لتشكل قطعة واحدة من المعدن.
هذه الظاهرة، التي تسمى اللحام البارد، كانت تشكل خطرا معروفا على مهندسي المركبات الفضائية لفترة طويلة. إذن ما الذي يحدث بالفعل على المستوى الذري، ولماذا يجعل الفضاء الأمر أسهل بكثير؟
قال الخبراء لـ Live Science إن الإجابة تكمن في نقص الأكسجين في الفضاء.
اشترك في النشرة الإخبارية لدينا
(رصيد الصورة: مارلين بيركنز / المستقبل)
اشترك في النشرة الإخبارية لـ Life’s Little Mysteries الأسبوعية للحصول على أحدث الألغاز قبل ظهورها على الإنترنت.
المعادن مصنوعة من المشابك — الهياكل حيث الذرات مرتبطون ببعضهم البعض. لكن الذرات القريبة من سطح المعدن ليست مرتبطة بأي شيء على الجانب المواجه للخارج. إذا أتيحت لهم الفرصة، فسوف “يتواصلون” ويتشاركون الإلكترونات مع سطح قطعة معدنية أخرى.
لكن على الأرض، كل سطح معدني تقريبًا مُغطى بمادة طبقة الأكسيد. يبلغ سمك الطبقة بضع ذرات فقط، وتتشكل عندما يلتقي المعدن بالأكسجين. “بمجرد أن يتكون الأكسيد، سينتهي الأمر” جوليا جريرقال عالم المواد في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا لموقع Live Science. “ومن ثم لا يمكن اللحام البارد بعد الآن، لأن الأكسجين يعطل هذه الروابط بشكل أساسي.”
يعمل هذا الأكسيد الرقيق كغلاف عازل. وبدونها، تتوقف الإلكترونات الحرة الموجودة على سطح قطعة معدنية واحدة عن التعرف على الذرة التي تنتمي إليها. “لا تعرف هذه الإلكترونات ما إذا كانت موجودة في هذه القطعة أو إذا كانت موجودة في تلك القطعة، لذلك تبدأ في مشاركة الإلكترونات، وهذا البرد يلحم الأشياء معًا بشكل أساسي.” سفين بيلينوقال أستاذ التصميم الهندسي وهندسة الطيران في ولاية بنسلفانيا لموقع Live Science:
في الفضاء، لا يوجد أكسجين لإعادة بناء تلك الطبقة بمجرد زوالها. البرد والإشعاع يجعل الأمور أسوأ. وقال جرير إن القصف الناتج عن الإشعاع الشمسي والأيوني في المدار يمكن أن ينظف الأسطح المعدنية، مما يترك الذرات المكشوفة حديثًا مهيأة للترابط. وقالت: “كل شيء في الفضاء يفضي إلى اللحام البارد”.
الأسطح المعدنية ليست ناعمة تمامًا أيضًا. وعلى المستوى المجهري، فهي متعرجة، وتشبه سلاسل الجبال الصغيرة أكثر من كونها سهولًا مسطحة زاكاري كورديرو، مهندس طيران في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
يمكن أن يؤدي الضغط على سطحين معًا، خاصة مع أي انزلاق أو اهتزاز، إلى قطع طبقة الأكسيد التي تشكلت أثناء وجود المعدن على الأرض وتسطيح تلك القمم لتلامس المعدن مع المعدن. وقال كورديرو: “إنك تقوم بتكسير الأكسيد السطحي، وتكوين روابط معدنية”.
لماذا أثار اللحام البارد قلق مهندسي المركبات الفضائية الأوائل؟
لقد كان اللحام البارد في الفضاء مشكلة منذ فترة طويلة. وقال كورديرو لموقع Live Science: «إذا كان هناك لحام بارد، فمن الممكن أن تلتصق الأشياء في مكانها». “إذا كان لديك هيكل قابل للنشر ويوجد لحام بارد، فقد تجمد الآلية، أو قد يصبح الباب مغلقًا، أو قد يصبح شيء ما غير قابل للحركة، وهو ما لا تريده.”
على سبيل المثال، لنفترض أنك تريد إضافة برغي معدني إلى باب معدني. وبعد فترة لن تتمكن من فكه لأنه سيصبح جزءًا من الباب.
وأشار بيلين إلى مسبار غاليليو التابع لناسا، التي تم إطلاقها في عام 1989: يُعتقد أن فقدان مواد التشحيم واهتزازات الإطلاق أثناء الإطلاق قد أدى إلى تجريد طبقة الأكسيد من أجزاء من هوائيها الملتوي عالي الكسب. عندما حاول المهندسون نشر هوائي في عام 1991، لم يتم فتحه بالكامل أبدًا.
رسم توضيحي لمركبة غاليليو الفضائية التابعة لناسا، والتي لم يتم نشر هوائيها عالي الكسب بالكامل أثناء رحلتها إلى كوكب المشتري. ويعزى الفشل على نطاق واسع إلى اللحام البارد.
(حقوق الصورة: مارك جارليك/مكتبة الصور العلمية عبر Getty Images)
بعض المعادن أكثر إزعاجًا من غيرها. ذهب ولا يشكل البلاتين طبقة أكسيد على الإطلاق، حتى على الأرض، مما يجعلها عرضة للحام البارد. وقال جرير: “الذهب بالتأكيد معدن سيء السمعة للغاية بالنسبة للحام البارد”، مضيفًا أن نعومة الذهب تجعله يتوافق بسهولة مع أي سطح يلمسه، كما أنه يرتبط بسهولة أكبر.
كيفية منع اللحام البارد في الفضاء
ولمنع اندماج المكونات عن طريق الخطأ في المدار، يعتمد المهندسون على بعض الاستراتيجيات. واحد هو أنودةوهي عملية تثبت طبقة أكسيد صناعية على سطح معدني. هناك طريقة أخرى تتمثل في طلاء الأجزاء المتحركة بمواد تشحيم جافة، مثل ثاني كبريتيد الموليبدينوم، لمنع الأسطح من التلامس.
تتمثل الإستراتيجية الثالثة في مزاوجة معادن غير متشابهة – على سبيل المثال، الذهب بجوار معدن “متمركز حول الجسم”، مثل الموليبدينوم – بحيث لا تتشابك بنياتها الذرية بشكل محكم. وقال جرير: “إن ترتيب التعبئة الخاص بهم ليس متوافقًا تمامًا، وبالتالي سيكون هناك الكثير من العوائق النشطة التي يجب التغلب عليها”.
قبل الإطلاق، يتم أيضًا اهتزاز الأجهزة على طاولات اهتزازية وتدويرها من خلال تقلبات شديدة الحرارة والبرودة داخل غرف مفرغة، لمحاكاة ضغوط الإقلاع والمدار لحل المشكلات على الأرض.
حتى مع كل هذه الاحتياطات، لا يزال من الممكن حدوث اللحام البارد. يتذكر بيلين أن البراغي الموجودة في غرفة التفريغ في مختبره انغلقت بعد تحركه عبر الحرم الجامعي. في النهاية كان لا بد من حفرهم. وقال “هذا يحدث حتى على الأرض”.
تعرف على مقدار ما تعرفه عن استكشاف الإنسان للفضاء من خلال موقعنا مسابقة رحلة الفضاء!
المواضيع
مرتبط
اكتشاف المزيد من موقع مدسن medicine
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
