爲什麼金屬在太空中會粘在一起？

在地球上，如果你把兩塊金屬板壓在一起，什麼也不會發生。但如果你把這兩塊金屬板帶到太空真空中，它們就能融合成一塊完整的金屬。

這種被稱爲冷焊的現象，長期以來一直是航天器工程師們熟知的危險。那麼，在太空中，在原子層面上究竟發生了什麼？爲什麼太空環境會使這種現象更容易發生？

金屬由晶格構成，晶格是由原子相互鍵合而成的結構。但是，金屬表面附近的原子並不與外側的任何原子鍵合。

如果條件允許，它們就會“伸出”電子，與其他金屬表面的原子共享電子。

但在地球上，幾乎所有金屬表面都覆蓋着一層氧化層。這層氧化層只有幾個原子厚，是金屬與氧氣接觸時形成的。

一旦氧化層形成，它就無法再進行冷焊了，因爲氧氣鈍化了這些鍵。

這層薄薄的氧化層就像一層絕緣外殼。

如果沒有它，金屬表面的自由電子就無法識別自己屬於哪個原子。這些電子不知道自己屬於哪個原子，所以它們開始共享電子，本質上就是把金屬焊在一起。

在太空中，沒有氧氣可以氧化金屬表層。

軌道上的太陽輻射和離子輻射轟擊會徹底清除金屬表面，使新暴露的原子更容易發生鍵合。

金屬表面也從來不會完全光滑。從微觀層面來看，它們凹凸不平。

將兩塊金屬壓在一起，尤其是在滑動或振動的情況下，會將金屬在地球上形成的氧化層磨掉，並將這些凸起部分壓平，形成金屬與金屬間的直接接觸。

太空中的冷焊一直是一個問題。如果發生冷焊，部件可能會卡住。

如果你有一個可展開的結構，一旦發生冷焊，就可能導致機械裝置凍結，或者艙門被鎖住，或者其他部件無法移動，這些都不是我們希望看到的。

例如，你在金屬門上擰入一顆金屬螺絲。過一段時間後，你將無法將其擰下，因爲它已經與門融爲一體。

NASA的伽利略號探測器於1989年發射升空：據說，發射過程中潤滑劑的流失和振動導致其捲起的高增益天線部分表面的氧化層脫落。工程師試圖展開該天線時，它始終未能完全展開。

這是美國宇航局伽利略號探測器的示意圖，其高增益天線在飛往木星的途中從未完全展開。普遍認爲，這一故障是由於冷焊造成的。

有些金屬比其他金屬更易發生冷焊。黃金和鉑金即使在地球上也不會形成氧化層，這使得它們極易發生冷焊。

黃金的柔軟性使其能夠輕易地貼合到任何接觸的表面上，並且更容易發生粘合。

如何防止太空冷焊呢？

爲了防止部件在軌道上意外熔合，工程師們採用了幾種策略。

其中一種是陽極氧化，這是一種在金屬表面形成人工氧化層的工藝。

另一種方法是在運動部件上塗覆乾式潤滑劑，例如二硫化鉬，以物理方式防止表面直接接觸。

第三種策略是將不同的金屬配對，例如，將金與鉬這種“體心”結構金屬放在一起，這樣它們的原子結構就無法完美契合。

它們的堆積順序並不完全一致，因此需要克服的能量勢壘會更大。

發射前，硬件還要在振動臺上進行搖晃測試，並在真空室內經歷極端的冷熱交替循環，模擬發射和軌道運行的壓力，以便在地面上發現問題。

即使採取了所有這些預防措施，冷焊仍然可能發生。