В 1991 году американский зонд «Галилео», уже два года летевший в направлении Юпитера, столкнулся с неприятной проблемой. Он должен был развернуть похожую на зонт антенну, предназначенную для передачи данных в центр управления полетом, но не смог этого сделать. Некоторые части выдвижного механизма в буквальном смысле приварились друг к другу. Оказалось, что процесс, происходящий на Земле под воздействием очень высокой температуры, в холодном космическом вакууме протекает самым естественным образом, автоматически.
Все мы относительно неплохо знаем, как выглядит сварка в земных условиях. Представители весьма уважаемой рабочей профессии соединяют два куска металла и раскаляют место соприкосновения, чтобы сплавить их друг с другом. Холодная сварка нагрева не требует. Этот процесс становится возможным благодаря своеобразной структуре металлов. Они, как и любые иные материалы, имеющиеся во Вселенной, состоят из множества атомов, но связи между этими частицами в данном случае необычны.
Если у пластика или, например, солей связи возникают только между двумя отдельными атомами, то у металлов электроны внешних оболочек блуждают внутри всего «куска» материала. Они принадлежат не конкретному атому, а входят в общий фонд, образуя что-то вроде целого моря взаимно соединенных частиц. Если приблизить две металлические детали на достаточное расстояние, их электроны станут перемешиваться, не нарушая никаких атомных связей. Кто, позвольте спросить, сможет в этот момент сказать, где начинается один кусок и заканчивается другой? Они действительно сливаются в единое целое.
На поверхности нашей родной планеты ничего подобного не происходит. Открывая ящик, в котором лежат вилки, ложки, ножи и прочие столовые принадлежности, вы не находите там слипшихся предметов. Благодарить за это нужно земную атмосферу. Чтобы электроны двух кусков металла начали перемешиваться, между ними не должно быть воздуха. Кроме того, немаловажную роль играет кислород. Окисляя материалы интересующего нас типа, он создает новые соединения, обволакивающие поверхность и служащие труднопроходимым барьером для электронов. Наконец, препятствием являются и любые внешние загрязнения, имеющиеся на металле, вроде того же жира.
Тем временем, за пределами земной атмосферы два чистых куска металла относительно легко свариваются друг с другом. Собственно, именно это произошло на зонде «Галилео». У отказавшейся разворачиваться антенны имелся штырь, который, как и положено, сидел в гнезде. Обе детали были металлическими. На самом первом этапе своего существования они разделялись смазкой, но она банально стерлась, когда межпланетный аппарат перевозился с одного места в другое в рамках подготовки к запуску. Оказавшись в космосе, детали продолжали тереться, пока между металлом не осталось никаких преград. Естественно, штырь намертво приварился к гнезду. Инженерам пришлось использовать гораздо менее мощную резервную антенну «Галилео». Она принимала сигналы в тысячекратно меньшем объеме, но со своей задачей справилась. Зонд успешно проработал на орбите Юпитера в течение восьми лет, после чего был отправлен в атмосферу самой крупной планеты Солнечной системы.
Конструкторы космических аппаратов вынуждены предпринимать серьезные меры предосторожности, чтобы не допустить повторения инцидентов подобного характера. Они пытаются свести к минимуму площадь соприкасающихся металлических поверхностей или покрывают их изолирующими материалами. Ещё один способ избежать холодной сварки заключается в использовании разных металлов. В этом случае вследствие отличия атомных структур взаимообмена электронами не происходит.
Холодная сварка в космосе действительно является серьезной проблемой, но на Земле она может оказаться исключительно полезной. Ученые и инженеры в течение уже нескольких десятилетий пытаются создать технологию её промышленного применения. Обойти препятствие в виде вездесущего воздуха очень нелегко, но ещё в 2010 году исследователям удалось приварить друг к другу в вакууме два золотых провода толщиной в нанометр. Чтобы получить искомый результат, хватило прямого контакта в течение всего нескольких секунд. Метод делает ненужным нагрев материала, который может привести к повреждению обрабатываемых деталей, особенно очень малого размера. Некоторые эксперты считают, что холодная сварка позволит произвести дальнейшую миниатюризацию различных электронных устройств и поможет создать нанороботов, о которых так долго говорят писатели-фантасты.
