Svařování ve vesmíru

Mám si tohle sklopit? No samozřejmě. Dobře, právě se chystáme svařovat. Nasadit ochranné brýle! Pokud zde na Zemi chcete
dva kovy sloučit dohromady, musíte je zahřát na teplotu
vyšší než jejich bod tání. Ale ve vesmíru je tomu jinak,
což jsme zjistili po zlém. 3.

června roku 1965
astrounat Ed White provedl vůbec první americký
volný výstup do kosmu na palubě Gemini IV. Byl přivázán dlouhou zlatem pokrytou hadicí a poháněl se vypouštěním
natlakovaného kyslíku z ruční zbraně. Užíval si to natolik, že mu kontrola letu
doslova musela nařídit, aby se vrátil zpět. Letový ředitel řekl:
"Vrať se zpět dovnitř." - Zpět dovnitř?
- Zpět dovnitř. Rozumím,
snažíme se ti to říct už pěknou chvíli.

Při návratu do kosmické lodi pronesl,
že je to nejsmutnější okamžik jeho života. To ještě netušil, co bude následovat. Uvnitř kosmické lodi
posádka čelila problému. Poklop nešel zavřít. Asi hodinu se z Gemini IV nikdo neozýval. Řekl, že má plné ruce práce
a že s námi radši nebude mluvit. Při přeletu nad Afrikou se dostali
mimo dosah komunikace se Zemí. Gemini IV, Houston, Capcom,
ohlaste svůj stav.

Po usilovném kroucení a použití hrubé síly
se jim nakonec podařilo zavřít a všechno bylo v pořádku. Původní mise vyžadovala další odtlakování, při kterém by otevřeli poklop
a vyhodili přebytečné nářadí, věci potřebné jen pro výstup do kosmu. Ale pilot McDivitt přes rádio řekl, že v žádném případě
nebudou poklop znovu otvírat. Kontrola si myslela, že je to kvůli tomu,
že si astronauti chtějí nechat oblek EVA a plynové zbraně jako suvenýry.

Astronauti se nakonec dostali
na Zemi v bezpečí a s nářadím navíc, které bylo doslova nacpané
do nohou zaseklé lodi. Takže co způsobilo,
že se víko přilepilo? Tehdejší inženýři NASA připsali příčinu
poruchy něčemu zvanému svařování za studena. Když ve vesmíru přijdou dva kovy do styku, můžou se ve skutečnosti sloučit
bez použití tepla nebo tání. Důvodem je fundamentální struktura kovů,
která je podobná téhle tyčince v tom, že obsahuje mřížky pozitivně
nabitých ionů jako arašídy, které jsou zapuštěny v moři volně se pohybujících
negativních elektronů jako karamel.

Tady na Zemi reagují povrchové
vrstvy kovu s kyslíkem v atmosféře, a vytvářejí tak ochrannou vrstvu z oxidů. To zabraňuje dvou kusům kovu ve sloučení. Ale ve vesmíru se tahle vrstva z oxidů
může opotřebovat, třeba když po sobě dva kusy kovu
klouzají jako v pantech. Pak se s trochou síly nebo nárazem
můžou obnažené kusy kovu sloučit dohromady.

Takže se mohou elektrony
z jednoho kusu kovu dostat do druhého. Jak řekl fyzik Richard Feynman: "Atomy nemají šanci poznat,
že jsou ve dvou odlišných kusech." Má to samozřejmě obrovské důsledky
pro výstavbu a údržbu kosmických lodí, jako je Mezinárodní vesmírná stanice. Tak proč neslyšíme o více podobných
katastrofách ve vesmíru? Proč už není ISS jeden velký svařený svinčík? Pravdou je, že svařování za studena
není až tak velký problém, jak si vědci původně mysleli.

Experimenty na Zemi ve vakuových komorách
a ve vesmíru ukázaly, že když stlačíme dokonale čisté povrchy
kovů v absenci atmosféry, kovy se svaří. Ale v praxi používané kovy do kosmických lodí
nejsou nikdy natolik čisté. Mají na sobě vrstvy oxidů
a to nezmiňujeme další kontaminanty, prach, mastnotu. Trvalo by velmi dlouho,
než by tyhle věci byly odstraněny tak, že by se dotýkaly holé kovy.

Takže problém s poklopem u Gemini IV
nebyl způsoben svařováním za studena. Byly to jen lepkavé dveře. Ale tím neříkám,
že se svařování za studena neděje nikdy. Například v roce 1991 byla kosmická loď
Galileo na cestě k Jupiteru. Když se vědci pokusili rozvinout
její anténu s vysokým ziskem, která se měla otevřít jako deštník,
zasekla se. Tři z osmnácti žeber
antény se odmítly otevřít a bylo to zčásti kvůli tomu,
že byly svařené za studena.

Kolíky byly zaseknuté a nic,
co bylo v silách vědců, by je neotevřelo. Takže nakonec museli najít způsob,
jak použít anténu s nízkým ziskem pro odeslání dat z Jupiteru.
To bylo něco, co loď neměla vůbec dělat. Evropská kosmická agentura ve zprávě
z roku 2009 doporučila tři hlavní způsoby, jakými předejít riziku svařování za studena. Zaprvé, kde je to možné, použijte plast nebo keramiku,
aby se předešlo klouzání kovových spojů.

Zadruhé, pokud musíte použít kov a kov, pokuste se použít dva odlišné kovy,
třeba dvě různé slitiny kovů, protože to snižuje šanci,
že se spolu kovy sloučí. Zatřetí, použijte bytelné povlaky, které odolávají opotřebení,
abyste se vyhnuli styku obnažených kovů. Svařování za studena
není vždy špatná věc. Vědcům je ve skutečnosti velice nápomocné
při vyvíjení nanotechnologií. Tradiční techniky svařování používané
v tak malém měřítku se často mohou pokazit, protože se snažíte aplikovat
teplo na maličké nanodráty.

Můžete tak velice rychle skončit
se svařeným svinčíkem v ruce. V podmínkách velmi podobných
vesmíru vědci ukázali, že se jednotlivé krystaly zlatého nanodrátu
sloučily dohromady v rámci sekund bez použití tepla,
jen pomocí techniky svařování za studena. Tyhle sváry jsou dokonalé, jejich krystalická struktura
je identická zbytku nanodrátu stejně tak jeho mechanické
a elektrické vlastnosti.

Takže i přes to, že je svařování za studena
ve vesmíru potenciální problém, zde na Zemi je neskutečně užitečné
při vývoji nanotechnologií. Ahoj, tahle epizoda Veritasium
byla zčásti podpořena diváky, jako jste vy, na Patreonu a Audible.com,
předním poskytovatelem audioknih se stovkami tisíc titulů
ze všech oblastí literatury včetně fikce, literatury faktu a magazínů. Pro diváky tohoto kanálu Audible
nabízí 30denní zkušební verzi, kde si můžete stáhnout jakoukoliv knihu.

Prostě jděte na Audible.com/Veritasium. Knížka, kterou bych vám doporučil já,
se jmenuje Muž na Měsíci od Andrew Chaikina. Je to příběh o misích Apollo,
které vysílaly lidi na Měsíc. Samozřejmě první se tam dostali
Neil Armstrong a Buzz Aldrin. Popravdě astronauti o této knize říkají,
že jde o přesnou výpověď o jejich příběhu, takže kdybyste si ji chtěli poslechnout, můžete si ji stáhnout zdarma
na audible.com/veritasium.

Chci poděkovat Audible za to,
že mě podporuje, a chci poděkovat vám za pozornost.