جوش سرد پدیدهای کمتر شناختهشده اما بسیار مهم است که میتواند سرنوشت یک مأموریت فضایی را تغییر دهد. خلاصه مقاله: جوش سرد پدیدهای است که در آن دو سطح فلزی بسیار تمیز در خلأ فضا، بدون نیاز به حرارت یا ذوبشدن، در سطح اتمی به یکدیگر متصل میشوند و مانند یک قطعه فلزی واحد رفتار میکنند. روی زمین، لایه نازک اکسیدی که در اثر تماس فلز با اکسیژن هوا تشکیل میشود، مانع تماس مستقیم اتمهای دو فلز میشود و از وقوع جوش سرد جلوگیری میکند. خلأ فضا، نبود اکسیژن و تابشهای پرانرژی باعث میشوند سطح فلزها تمیز و بسیار واکنشپذیر باقی بماند و احتمال ایجاد جوش سرد بهطور چشمگیری افزایش یابد. جوش سرد میتواند قطعات متحرک فضاپیماها، از جمله آنتنها، صفحات خورشیدی و بازوهای رباتیک را به هم بچسباند و عملکرد آنها را مختل یا حتی یک مأموریت فضایی را با شکست روبهرو کند. یکی از مشهورترین نمونههای احتمالی این پدیده، باز نشدن کامل آنتن فضاپیمای گالیله ناسا است که برخی پژوهشگران آن را ناشی از جوش سرد در بخشهایی از سازوکار آنتن میدانند. برای کاهش خطر جوش سرد، مهندسان فضایی از پوششهای محافظ، روانکنندههای خشک، استفاده از فلزهای متفاوت و آزمایشهای گسترده در محفظههای خلأ پیش از پرتاب فضاپیماها استفاده میکنند. اگر دو صفحه فلزی را روی زمین محکم به یکدیگر فشار دهید، اتفاق خاصی رخ نمیدهد. اما اگر همین دو قطعه فلز را در خلأ فضا به هم بچسبانید، ممکن است به مرور زمان به یک قطعه فلزی واحد تبدیل شوند؛ گویی بدون حرارت، بدون ذوبشدن و بدون هیچ چسبی به یکدیگر جوش خوردهاند. پدیده اتصال فلزات در فضا که با نام جوش سرد شناخته میشود، دهههاست یکی از چالشهای مهم مهندسان صنعت فضایی به شمار میرود. اگر قطعات متحرک یک ماهواره یا فضاپیما به دلیل جوش سرد به هم بچسبند، ممکن است هرگز دوباره از هم جدا نشوند و این اتفاق میتواند عملکرد کل مأموریت را مختل کند. اما چرا چنین چیزی در فضا رخ میدهد، در حالی که روی زمین تقریباً هرگز شاهد آن نیستیم؟ همه چیز از سطح اتمها آغاز میشود برای درک جوش سرد، ابتدا باید بدانیم فلزها چگونه ساخته شدهاند. فلزها از میلیاردها اتم تشکیل شدهاند که در آرایشی منظم و تکرارشونده کنار یکدیگر قرار گرفتهاند. دانشمندان به این آرایش منظم شبکه بلوری میگویند. هر اتم درون این شبکه با اتمهای اطراف خود پیوند برقرار کرده است. اما اتمهایی که روی سطح فلز قرار دارند، وضعیت متفاوتی دارند. آنها از یک سمت به اتمهای داخلی متصلاند، اما از سمت بیرونی هیچ همسایهای ندارند. در نتیجه، پیوندهای شیمیایی آنها به نوعی «ناتمام» باقی میماند و آمادهاند در صورت پیدا کردن اتم مناسب، با آن پیوند برقرار کنند. اگر دو سطح فلزی کاملاً تمیز و بدون هیچ مانعی کنار هم قرار بگیرند، این اتمهای سطحی میتوانند الکترونهای خود را با اتمهای فلز مقابل به اشتراک بگذارند. در این حالت، دیگر مرزی میان دو قطعه فلز وجود نخواهد داشت و هر دو مانند فلزی واحد رفتار میکنند. در واقع، جوش سرد نوعی جوشکاری واقعی در مقیاس اتمی است؛ تنها تفاوت آن با جوشکاری معمولی این است که برای ایجاد آن نیازی به حرارت یا ذوبشدن فلز وجود ندارد. چرا روی زمین چنین اتفاقی نمیافتد؟ دلیل اصلی وجود اکسیژن است. تقریباً تمام فلزهایی که روی زمین قرار دارند، در همان لحظهای که با هوا تماس پیدا میکنند، لایهای بسیار نازک از اکسید روی سطحشان تشکیل میشود. این لایه ممکن است فقط چند اتم ضخامت داشته باشد، اما نقش بسیار مهمی ایفا میکند. پوشش اکسیدی مانند عایق عمل میکند و اجازه نمیدهد اتمهای آزاد سطح یک فلز مستقیماً با اتمهای فلز دیگر تماس پیدا کنند. به بیان ساده، این لایه همان چیزی است که مانع میشود دو قطعه فلز روی زمین به هم جوش بخورند. جولیا گریر، دانشمند علم مواد در مؤسسه فناوری کالیفرنیا، در گفتگو با لایوساینس توضیح میدهد: به محض تشکیل لایه اکسید، دیگر امکان جوش سرد از بین میرود، زیرا اکسیژن عملاً این پیوندهای فعال را غیرفعال میکند. الکترونها چگونه دو فلز را به هم متصل میکنند؟ در فلزها، الکترونها تا حدی آزادانه حرکت میکنند. همین ویژگی باعث میشود فلزها رسانای بسیار خوبی برای جریان برق باشند. وقتی دو سطح فلزی کاملاً تمیز با یکدیگر تماس پیدا میکنند، الکترونهای سطح دیگر نمیتوانند تشخیص دهند که متعلق به کدام قطعه فلز هستند. بنابراین میان هر دو فلز مشترک میشوند. سِوِن بیلن، استاد مهندسی هوافضا در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، توضیح میدهد که این اشتراک الکترونها باعث میشود دو قطعه فلز عملاً یک شبکه بلوری مشترک تشکیل دهند؛ همان چیزی که به جوش سرد منجر میشود. چرا فضا شرایط را برای جوش سرد ایدهآل میکند؟ فضا تقریباً خلأ کامل است؛ یعنی اکسیژنی وجود ندارد تا لایه محافظ اکسیدی دوباره روی سطح فلز تشکیل شود. اما نبود اکسیژن تنها عامل نیست. فضاپیماها دائماً در معرض تابشهای شدید خورشیدی، ذرات باردار و پرتوهای کیهانی قرار دارند. این ذرات پرانرژی میتوانند به تدریج سطح فلز را پاکسازی کنند و هرگونه آلودگی یا لایه اکسیدی باقیمانده را از بین ببرند. در نتیجه، اتمهای تازه و بسیار واکنشپذیر روی سطح فلز نمایان میشوند؛ اتمهایی که آمادهاند با نخستین سطح فلزی مجاور پیوند برقرار کنند. به گفته گریر، تقریباً همه شرایط موجود در فضا تشکیل جوش سرد را تسهیل میکنند. اگر با چشم به صفحهای فلزی نگاه کنید، کاملاً صاف به نظر میرسد؛ اما زیر میکروسکوپ داستان کاملاً متفاوت است. سطح فلزها پر از برآمدگیها و فرورفتگیهای بسیار ریز است؛ چیزی شبیه رشتهکوههایی در مقیاس میکروسکوپی. زکری کوردرو، مهندس هوافضا در مؤسسه فناوری ماساچوست توضیح میدهد هنگامی که دو قطعه فلز تحت فشار قرار میگیرند یا روی هم میلغزند و دچار لرزش میشوند، این برآمدگیهای کوچک روی هم ساییده میشوند. این سایش میتواند لایه اکسیدی محافظ را از بین بب
زومیت
زومیتزومیت