Debido a que en un viaje espacial puede ocurrir cualquier desperfecto, se debe estar preparado para poder solucionarlo en el momento, ya que accidentes en esas condiciones, pueden causar grandes complicaciones y hasta llegar a ser fatales. Como en las naves no hay el suficiente espacio para llevar repuestos, máquinas grandes y tampoco hay suficiente tiempo como para llamar a un especialista a la tierra, se debe actuar con los instrumentos y condiciones del momento.
Entre los problemas que podemos tener en el espacio, tenemos el de necesitar soldar algún elemento vital para la supervivencia de los astronautas, o quizá vital para la realización de alguna operación y o de la misma misión.
*La soldadura es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos materiales, (generalmente metales o termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo ambas y agregando un material de relleno fundido (metal o plástico), el cual tiene un punto de fusión menor al de la pieza a soldar, para conseguir un baño de material fundido (el baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unión fuerte. A veces la presión es usada conjuntamente con el calor, o por sí misma, para producir la soldadura. Esto está en contraste con la soldadura blanda y la soldadura fuerte, que implican el derretimiento de un material de bajo punto de fusión entre piezas de trabajo para formar un enlace entre ellos, sin fundir las piezas de trabajo.
Antes de empezar a trabajar, se debe tener claro que la soldadura fundida se comporta en forma diferente en la tierra que en el espacio. En la microgravedad a bordo de la astronave, la soldadura fundida no "siente" el tirón hacia abajo como en la Tierra, de tal manera que la tensión superficial se hace más destacable y provoca que las burbujas de soldadura líquida fluyan en forma diferente. En otras palabras, las técnicas de soldadura que funcionan en tierra pueden no formar uniones confiables en órbita. Lo que es aún peor, estas uniones soldadas podrían resultar mucho más débiles en órbita. Las burbujas de gas que en la Tierra a menudo se elevan hasta la superficie y desaparecen, en órbita pueden permanecer suspendidas dentro del líquido. Esto sucede porque la atracción de la gravedad es la fuerza que permite la flotabilidad, así que en microgravedad las burbujas no necesariamente ascienden. Estas minúsculas burbujas quedan atrapadas dentro de la soldadura mientras ésta se solidifica, haciendo que las uniones sean menos efectivas y más propensas a romperse, ¡algo que no es exactamente deseable cuando se está en el medioambiente crítico de una misión en el espacio! Las soldaduras aplicadas en este caso, son de Plomo-Estaño.
En la imagen se muestra una micrografía electrónica de soldadura solidificada en un alambre. El ángulo exacto en el que la soldadura se deposita en el alambre está determinado por fuerzas tales como la tensión superficial, la gravedad, y la humedad del alambre. Al quitar los efectos de la gravedad, los científicos pueden entender mejor estas otras influencias. Imagen cortesía de la NASA.
El 16 de Agosto del 2004, el científico de materiales en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales, Richard Grugel, observó su monitor de video con incredulidad. Se estaba realizando una transmisión desde la Estación Espacial Internacional. La escena: el Astronauta Mike Fincke toca la punta de un soldador a un alambre envuelto con soldadura de resina.
La soldadura, calentada, se convirtió en una burbuja de metal derretido con una gotita de resina aferrándose fuerte al lado externo. La soldadura se derrite: eso no es muy sorprendente. Lo que causa asombro es la conducta de la resina. Al aumentar la temperatura, la gotita comenzó a girar y girar, más y más rápido, como una pequeña vuelta en carrusel.
Grugel es el investigador principal de la "Investigación sobre Soldadura en el Espacio", o "ISSI" por sus siglas en inglés, actividad que Fincke estaba realizando en el momento del descubrimiento. El propósito de ISSI es descubrir cómo se comporta la soldadura en un ambiente ingrávido. Esta es una información importante para los astronautas. Si algo se descompone durante un largo viaje a Marte, probablemente se necesitará un soldador para repararlo.
La soldadura que Fincke usó para la ISSI es una mezcla de plomo, estaño y resina. La finalidad del plomo y el estaño es formar una conexión eléctricamente conductiva. ¿Qué papel cumple la resina?
Grugel explica: "Cuando los metales se exponen al aire, llegan a cubrirse de óxidos". El hierro, por ejemplo, se oxida: óxido de hierro. "Un objetivo de la resina", dice, "es limpiar cualquier óxido antes de que el plomo y el estaño solidifiquen, despejando el camino para una conexión fuerte".
La resina tiene también otro propósito. En la Tierra y en el espacio, la tensión superficial tiende a mantener la soldadura en gotas dispersas. La resina rompe la tensión, una acción llamada "adherencia de soldadura", que permite fluir a la soldadura fundida.
Soldar en el espacio, es un negocio peligroso y dificultoso. Para ello se ha desarrollado un nuevo método, que tiene el inconveniente de que un pequeño error puede incrementar el daño, o lo que es peor, dañar el traje del astronauta o al mismo astronauta. Corrientemente, para soldar hay que poner juntos los dos bordes y fundirlos con calor. Cuando luego se enfrían, quedan unidos definitivamente. Para fundir y soldar metales como el aluminio y el acero, se requieren En la Tierra esto se logra fácilmente, haciendo que una chispa o "arco" salte entre el equipo de temperaturas por sobre los 400° C. soldadura y el metal que se va a soldar. En un arco de soldadura, la chispa se crea estableciendo un alto voltaje entre el equipo y la pieza que se esta trabajando, con lo que se consigue crear un fuerte campo eléctrico, capaz de llegar a ionizar el gas que hay entre ambos elementos. La ventaja de este método tan usado, es que la pieza a reparar es parte del circuito y la chispa se ancla a él. Esto hace que el método sea inherentemente seguro. Si se retira el equipo de soldar de la pieza, la chispa no puede saltar y por lo tanto no pasa nada.
Pero en el espacio no hay gas que se pueda ionizar, por lo que la soldadura de arco es imposible. Por esto, para estas ocasiones NASA debe usar otro método, que se ha llamado, "rayo de electrones para soldadura". Estos electrones tienen que producirse desde un filamento caliente, debiendo además acelerarlos y enfocarlos con precisión hacia la pieza dañada. El calor necesario se produce cuando los electrones chocan con los átomos del metal de la pieza y su energía cinética se convierte en energía calórica. Esta técnica es ideal para trabajar en el espacio, ya que sólo funciona en un alto vacío, donde ningún gas distorsione el rayo, que si se desvía puede llegar a dañar el equipo soldador.
Pero por otro lado, este método del rayo soldador, es más peligroso que la soldadura por arco. Cuando los electrones energizados chocan con la pieza, no sólo llega a producir calor, sino también rayos X. Por esta razón, si se quiere realizar este método en la Tierra, hay que hacerlo dentro de una cámara de alto vacío y además con paredes protectoras de los rayos X, para que estos no lleguen a dañar a las personas que están cerca. Lo que es más peligroso, es que los rayos de electrones no se anclan a la pieza. Por esto, en el caso del astronauta, si se desvían puede dañarlo a él o su traje.
