Hladno varjenje: Nevidna nevarnost, ki ogroža vesoljske misije

Kovine imajo specifično strukturo, ki jo skupaj drži nekakšno skupno "morje" prostih elektronov, ki nemoteno krožijo okoli atomskih jeder. Na Zemlji sta dva kosa kovine vedno ločena, v vesolju pa se zadeva spremeni. Ko se dve popolnoma čisti, atomsko identični površini približata na zelo, zelo majhno razdaljo, se njuna elektronska oblaka prekrijeta.

V tem trenutku prosti elektroni preprosto ne znajo več razlikovati, kateri atomi pripadajo levemu in kateri desnemu kosu. Nastanejo prave, močne kovinske vezi, ki so povsem enake tistim v notranjosti same kovine. Dva kosa postaneta en kos, kot da nikoli ne bi bila ločena. Legendarni fizik Richard Feynman je to opisal zelo slikovito: ko so atomi iste vrste, nimajo nobenega načina, da bi "vedeli", da so prej pripadali različnim kosom. Šele če se vmes vrinejo oksidi, zrak in maščobe, atomi sploh "prepoznajo", da niso del istega predmeta.

Zakaj se torej ključi v žepu ne zvarijo v eno neuporabno kepo kovine? Zemlja ima odličen obrambni mehanizem. Ko pride gola kovina v stik z našim zrakom, v tisočinki sekunde reagira s kisikom in na njeni površini nastane tanka oksidna plast. Ta plast je izjemno trda. Nad njo se nato nabere še mikroskopska prevleka iz vodne pare, plinov in maščobnih delcev.

Kosa kovine se na Zemlji dejansko nikoli ne dotakneta s svojima čistima površinama, vedno trčita le njuni zaščitni pregradi. V globokem vakuumu vesolja pa kisika ni. Če se zaradi drsenja, vibracij ali udarcev ta zaščitna oksidna plast enkrat obrabi in poškoduje, se ne more obnoviti. Rezultat je, da se razgali povsem čista kovina in hladno varjenje opravi svoje.

Leta 1989 je NASA proti Jupitru izstrelila sondo Galileo. Nosila je 4,8-metrsko glavno anteno, zloženo kot dežnik. Aprila 1991 so inženirji poslali ukaz za razprtje, a se tri od osemnajstih reber niso premaknila.

Krivec? Med dolgim transportom po Zemlji, še pred izstrelitvijo, so vibracije obrabile suho mazivo na titanovih zatičih. Ko je sonda zaplula v vakuum, so se goli zatiči hladno zvarili. Dve leti so inženirji poskušali vse, segrevanje na soncu, ohlajanje v senci, sunkovite zagone motorjev, vse z razdalje več sto milijonov kilometrov. Nič ni pomagalo. Na koncu so s preprogramiranjem vseeno opravili večino ciljev misije. A hladno varjenje je skoraj pokopalo misijo za več sto milijonov dolarjev.

Glavna obramba so premazi, trdna maziva, diamantu podobne trde prevleke in keramične plasti, ki golima kovinama sploh ne pustijo, da bi se dotaknili. Tako zaščito je NASA uporabila na teleskopu James Webb. Osnovno pravilo je vedno isto: nikoli ne pusti dveh enakih golih kovin skupaj. Dve različni kovini po drugi strani nista problematični, saj se med seboj ne "prepoznata".

Hladno varjenje pa ni nujno slabo. Na Mednarodni vesoljski postaji so začeli poskus, ki vso logiko obrne na glavo. Kaj če bi hladno varjenje izkoristili? Če trup preluknja vesoljska smet, bi na razgaljeno mesto preprosto pritisnili kovinski obliž, ta pa bi se sam zvaril na trup, povsem brez uporabe energije. S pravim pristopom lahko hladno varjenje torej reši vesoljska plovila v težavah.

Zamisel, da sta dva kosa kovine ločena predmeta, je pravzaprav le naša zemeljska iluzija, ki jo omogoča tanka zaščitna plast. V vesoljskem vakuumu ta iluzija hitro izpuhti. Ko odstranimo kisik in zaščitne okside, kovina pozabi, kje se en kos konča in kje začne, ter se preprosto vrne v svoje naravno, homogeno stanje.