Năm 1991, một trục trặc nảy sinh trong quá trình vận hành của tàu không gian Galileo của NASA. Vào thời điểm đó, Galileo (hình minh họa) đang trên đường bay tới Sao Mộc. Ăng-ten chính của tàu được thiết kế để gập gọn lại trong quá trình phóng và một phần lớn của hành trình, và khi cần sử dụng sẽ được mở ra tương tự như bạn mở một chiếc ô. Tuy nhiên, vào năm 1991, các nhà khoa học nhận thấy một số thanh níu bị kẹt trong quá trình mở và kết quả là ăng-ten không được mở ra trọn vẹn, khiến cho lượng dữ liệu thu được bị ảnh hưởng so với dự kiến ban đầu.
Nguyên nhân chính của việc này được xác định là do quá trình hàn lạnh (hay hàn nguội).
Hàn lạnh là một hiện tượng được biết tới từ những năm 1940 và đã được ứng dụng trong một số lĩnh vực công nghiệp. Mô tả một cách dễ hiểu, hiện tượng này là sự liên kết bề mặt kim loại khi các nguyên tử kim loại trực tiếp tiếp xúc với nhau.
Trong điều kiện thông thường, hầu hết kim loại có bề mặt bị oxy hóa do tiếp xúc với oxy trong không khí. Mặt khác, nếu bề mặt không đủ phẳng, luôn có một lớp không khí rất mỏng nằm giữa hai tấm kim loại khi bạn tìm cách ép chúng vào nhau. Ở các máy hàn lạnh, người ta tách lớp oxy hóa này và ép các bề mặt kim loại nguyên chất vào nhau ở áp suất cao. Lúc này, hiển nhiên các nguyên tử kim loại không thể "biết" được nguyên tử nào là ở tấm kim loại cũ nó thuộc về và cái nào là ở một tấm kim loại mới, chúng hoàn toàn bình đẳng và sinh ra liên kết kim loại, khiến cho hai tấm trở thành một.
Ngoài không gian, mật độ khí quá nhỏ (dù không phải hoàn toàn chân không), nên nếu bạn cho hai tấm kim loại (của cùng nguyên tố hoặc các nguyên tố gần giống nhau) ép vào nhau, chúng sẽ dễ dàng dính lại như khi dùng máy hàn trên Trái Đất. Trong khi việc này có thể ứng dụng được theo hướng thuận lợi khi cần sửa chữa một số chi tiết trên các tàu không gian và trạm vũ trụ, thì nó lại gây rắc rối trong một số trường hợp. Nhiều bộ phận giữ-nhả, bánh răng và các khớp nối có thể bị kẹt vì những chi tiết kim loại này tự hàn vào nhau.
Câu hỏi mà bạn có thể sẽ đặt ra là: tại sao không oxy hóa tất cả trước khi đưa vào không gian?
Mặc dù nghe có vẻ hợp lý, nhưng ý tưởng này gặp phải vài vấn đề:
- Việc oxy hóa làm vật liệu nặng hơn và phải tính toán lại kết cấu và lực đẩy cho con tàu.
- Không phải oxide của kim loại nào cũng bền, của nhôm thì rất tuyệt còn của sắt thì dễ dàng bị bong ra, và tệ hơn là nó làm ảnh hưởng tới chính tính chất của kim loại.
Giải pháp
Để khắc phục việc này, các con tàu ngày nay khi chế tạo phải kết hợp nhiều phương pháp bổ sung, bên cạnh việc oxy hóa một vài bộ phận, bao gồm:
- Luôn chế tạo hai phần tiếp xúc nhau bằng hai kim loại khác nhau và không có khả năng hàn lạnh với nhau (tất nhiên, việc này khiến mọi thứ phức tạp và tốn kém hơn).
- Phủ sơn chống hàn lạnh (tất nhiên, công nghệ này chưa hoàn thiện, vì đôi khi lớp sơn này vẫn có thể bị bong trong môi trường áp suất cao).
- Giảm tối đa tiết diện tiếp xúc ở bất cứ nơi nào có thể giảm được.
- ...
Ở đây, bạn có thể thấy rằng việc nghiên cứu không gian đã và đang gián tiếp thúc đẩy các nghiên cứu để giúp chúng ta hiểu hơn về đặc điểm của chính các loại nguyên tử và vật liệu - những kiến thức mà đang và sẽ tiếp tục ứng dụng cho chính những công nghệ được dùng ở mặt đất.
(Bài từ Facebook page của tác giả, tháng 1 năm 2024).
