铅笔为何不能在太空中被宇航员使用?
铅笔为何不能在太空中被宇航员使用?
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太空中的宇航员如果要写字的话,他们使用什么样的笔比较好?钢笔、圆珠笔、铅笔这三种常见的书写工具,你觉得哪样比较适合在太空中使用?
答案其实不难,我猜绝大多数一看就知道这个问题肯定有坑,看上去越是简单的问题答案可能越没有那么简单。所以在回答之前,可能会经过短暂的思考,不会脱口而出:三种笔都可以用,或者在三种笔中任选一种!当然,不用说上面这两种答案无论选择哪一种都是错误的。
正确答案当然是以上三种笔都不能在太空中使用。宇航员如果在太空中需要写字,他们使用的是专用的太空笔。
为什么太空中不能使用钢笔、圆珠笔和铅笔呢?
大家知道,太空中是失重的,由于没有了重力,钢笔中的墨水自然不会从笔胆中流出来,因此就无法书写。同样的道理,圆珠笔中的油墨也没有办法能流出来,所以一样不能进行书写。
所以,最初的时候,美国和苏联的宇航员在太空中书写时,的确是使用铅笔。不过使用一段时间之后,他们就发现铅笔并不适合在太空中使用,存在着极大的安全隐患。
因为铅笔的笔芯在书写时极易折断,在太空失重条件下,这些折断的笔芯就会随处飘浮在太空中。一旦它们飘进航天员的鼻子、眼睛或者嘴里,会给航天员的身体健康造成影响。如果它们飘进各种电器设备里面,可能引起的后果更加严重。因为铅笔的笔芯是石墨,而石墨的导电性能极好,所以就有可能引起电器短路,从而产生非常严重的后果,甚至有可能让航空器产生爆炸!再有就是铅笔需要经常削才能使用,那么削铅笔时产生的碎屑同样会在太空舱中到处飘浮,这些碎屑一样会给太空舱的安全带来极大隐患。所以铅笔同样是不能在太空中使用的。
既然如此,那宇航员们在太空时使用什么工具来书写好呢?这个问题,据说曾一度难倒了NASA的众多大佬。任凭他们绞尽脑汁,抓耳挠腮就是想不出一个可行的方案出来。无奈,这些聪明绝顶的家伙们只好放下架子,向民间广泛征求能供宇航员们在太空使用的书写工具的设计方案。
太空书写工具的完美解决方案
看到NASA发布的信息后,圆珠笔通用笔芯的发明者保罗·费舍尔嗅到了商机。
在花费了整整两年时间,耗费了两百万美元巨资后,保罗的公司终于研制成功出能完美适应太空环境的写字笔——太空笔。
太空笔研制成功后,NASA马上向保罗下了一笔订单:400支太空笔,每支单价2.95美元。嗯,你没看错,这是一笔总计1180美元的大生意!当然,如果光从表面上看,这明显是一笔亏大本的生意!但是凭借给NASA提供优质产品,从此保罗的公司名声大振,他们生产的其他产品销路大开,公司财源滚滚,这是后话,咱按下不表。
太空笔的原理与保罗早年发明的圆珠笔非常类似,最明显的区别在于油墨的供应方式。因为太空中没有重力,当然不能靠重力的方式把油墨压出笔尖进行书写。为了解决这个问题,保罗采用密封式气压笔芯,在笔芯的上部充有氮气,书写时靠气体压力把油墨推向笔尖。这样就完美地解决了供墨问题,其他的自然就是水到渠成了。
这种太空笔的性能极好,它不会漏油,笔芯还可回收。可以在任意角度下、任何介质表面上书写,而且不会损伤笔尖。并且它能很好地适应低温环境,在零下35摄氏度的环境下都可以正常使用。
它的油墨是特制的,用这种油墨写出来的字,即使把它放在强光下照射或放在水里浸泡,字迹也不会褪。经过测试,太空笔在冰川、沙漠、深海中,都能流畅书写,并且它那经过20多道工序加工制作的碳化钨笔珠,除了耐磨损之外,还不会轻易脱落。因此太空笔研制成功以后,除了在太空中发挥作用,还被广泛应用于登山、深海作业、户外活动等各种极端恶劣环境中。
中国有自己的太空笔吗?
当然有。中国航天员太空专用笔是由始兴中国制笔研发制造基地企业——盛怡文具有限公司研发制造。早在2008年时,该基地就启动了我国太空专用笔的自主研究发工作。几年之后的2012年,由盛怡公司生产的太空笔随神舟9号成功上天。当然,此时的太空笔还处于试验阶段,并没有正式批量生产,它将在太空接受中国宇航员的检验。
到了2013年,该公司研制的太空笔正式作为神十任务书写笔随神舟十号进入太空。神十任务书写笔是中国自主研发的第一支太空笔,填补了中国太空书写工具的空白,同时也象征着具有自主知识产权的中国太空笔正式诞生。
此后,这家公司不断对太空笔进行改进,并且在每一次太空任务中都作为宇航员工作用笔,一起为中国航天事业的发展贡献力量。
我国自主研发的太空笔丝毫不亚于国外的太空笔。尤其在笔杆材质上,国产太空笔选用的是航天专用合金。在油墨方面,国产太空笔使用的是高黏度的特种油墨,并且自带加压装置,结构十分独特。目前,我国的太空笔在油墨的黏度、书写体验、书写长度等方面都优于其他国家。
除了太空笔,太空中就还能使用其他的书写工具吗?
中国的毛笔同样可以用于太空书写。
实际上,这个问题咱们中国人的老祖宗早就解决了。如果到现在仍然没有发研发成功太空笔的话,这时能够派上用场的,就只有我们中国人使用的毛笔了!
毛笔居然能在太空中写字?你是不是没有想到,是不是感到惊奇?为什么毛笔可以在太空进行书写呢?那是因为在它的笔毛上蘸上了墨汁!这不是废话吗!好吧,咱们言归正传。
毛笔之所以能在太空写字,其实就是依赖毛细现象。所谓毛细现象,是指浸润液体在细管里升高现象和不浸润液体在细管里降低的现象。而浸润的意思是液体与固体发生接触时,液体附着在固体表面或渗透到固体内部的现象。如果液体对固体浸润,同时固体内部存在毛细管,那么因为毛细作用,液体会渗透到固体的内部。毛笔的笔毛是毛细管,墨汁是液体,纸是固体。根据毛细现象,墨汁浸润笔毛,笔毛内部存在毛细管能够吸墨,吸满墨汁的毛笔在纸上写字时,墨汁就会渗透到固体的纸上。这个过程就是航天员可以在太空蘸墨并在纸上写书法作品的原理。唉,有点烧脑,而且不太容易能看懂,总之大家知道可以这么操作就行了。
直接举例说明。2021年9月,神舟十二号航天员刘伯明就用毛笔在太空舱中写下了“理想”两个字,作为新学期开学的礼物送给全国的中小学生。
当然,与太空笔相比,用毛笔进行书写还是很不方便。而且最早进入太空的并不是咱们中国人。西方人根本就不会使用笔毛,当然他们就不会想到要用毛笔来解决太空中的书写工具问题。无论从哪个角度来说,现在的太空笔都要远远优于毛笔,这也是我国的航天员同样也使用太空笔进行书写的原因。但我们要知道,咱们老祖宗使用的毛笔,同样是可以用于太空书写的,这就行了。
(图源网络 侵权删除)
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你知道为什么美国登月宇航员回到地球后都生怪病了吗?
他们的病因跟在太空用铅笔是一个道理,而且铅笔的危害远不止如此,如果运气不好,航天器发生爆炸也是可能的,所以早期探索太空用铅笔的那几年,完全就是在刀尖上跳舞,幸亏没发生重大事故。
太空中为什么不能用圆珠笔?
虽然圆珠笔在我们日常生活中是一件很普通的物品,而且很廉价,但你知道圆珠笔的制造工艺堪比航母吗?
圆珠笔笔尖的小滚球是碳化钨,这种物质的硬度跟金刚石媲美,通常用于制作军事武器,将碳化钨制作成小滚球后进行抛光,接着装入球座。
滚珠跟球座之间的缝隙,既不能太大,也不能太小,二者之间需要精确到千分之一厘米,而且在生产过程中,一旦某条球轴承上的参数有误差,那么这条线上成千上万个小滚珠都会被集中销毁。
而且肉眼几乎是看不见球轴承上是否有瑕疵的,还得借助电子显微镜,一系列复杂的工艺对制造商的技术要求非常高,至今都没几个国家能独立制造圆珠笔头。
圆珠笔的运作原理最关键的地方就是利用重力,在重力的作用下,油墨自然会跟滚珠接触,在写字时,滚珠受到挤压,会向内缩进十分微小的一段距离,而油墨就可以从缝隙中流出,笔珠滚动带动油墨,自然就可以写字了。
如果滚珠跟球座之间缝隙过大,滚珠就会掉出来,如果缝隙过小,油墨又无法充分流出,不管是圆珠笔还是钢笔,传统工艺都采取的是重力供墨结构,一旦进入太空环境,在重力消失的情况下,油墨便不会主动跟滚珠接触。
如果不信,你不需要去太空也能做实验求证,比如你随便拿起一支圆珠笔,仰着在纸上随便乱划,划完几秒钟后,圆珠笔就没法书写了。
太空中为什么不能用铅笔?
在讲铅笔之前,先来说说美国阿波罗登月计划中的12位宇航员,为什么在返回地球后都会出现怪病?这有便于更好理解铅笔为什么在太空中禁止使用。
月壤中存在大量月尘,但宇航员在月表执行完任务进入舱内脱掉宇航服时,沾染的月尘就会飘荡在舱内,随着宇航员的呼吸进入他们的呼吸道跟肺部。
又因为月尘没有经过风力水力的打磨,导致它的形状结构略显锋利,月尘在体内就很容易对呼吸道跟肺部造成损伤,这也就是美国12位宇航员登月归来后发生怪病的原因。
再回到铅笔这个话题上来,铅笔的危害大于月尘,除了削铅笔、用铅笔书写时产生的微尘对人体呼吸道、肺部造成的危害之外,还有笔尖的隐患,如果用力过猛导致笔尖这段,在无重力情况下,笔尖很有可能对宇航员的眼睛造成伤害,甚至被不小心吸进体内。
此外,铅笔的主要成分为石墨跟黏土,石墨是一种性能很好的导电材料,一旦石墨粉尘进入电子设备中,很有可能会引起短路,从而引发火灾,甚至会导致航天器爆炸,毕竟太空舱内空间狭小,四周到处都是电子器件,石墨炸弹也是这个原理。
所以美苏在太空中用铅笔那个阶段,没出事不代表铅笔安全,苏联在意识到铅笔的安全隐患后,就另辟蹊径的使用了石蜡铅笔。
石蜡铅笔既能解决飞屑微尘问题,又能避开导电隐患,但这种铅笔用来画画倒还不错,如果用来写字,真的能让人恼火,而且稍微用力过大,还是会折断,所以美苏两国不断寻求新的替代品。
航天专用太空笔到底厉害在什么地方?
很多人觉得如今的太空笔是NASA研发的,其实不对,当然也不是苏联研发的,而是美国的一家私营企业。
美国费舍尔公司的Paul C. Fisher投资了100多万美元,跟同事们合力搞研发,终于制造出了一款可以在极端条件下使用的圆珠笔。
它的工作原理是采用密封式气压笔芯,而不是靠重力。
当时这家公司向NASA推荐了这款笔,而NASA也对这款笔进行了各种环境测试,最终以每支2.39美元的价格,够买了400支太空笔,其实没这么便宜,但费舍尔公司借此宣传,从而名声大噪。
这支笔厉害到什么程度?
在书写时会摩擦产生热量,热量会造成气压失衡,上部的氮气压力会将装有半固体状态的超粘触变性油墨推向笔尖。
这种特殊油墨写出来的字,即便在强光照射下或泡在开水里100小时,字迹依旧清晰可见,而且不漏油不挥发,满墨状态下能流畅书写48公里。
经过测试,太空笔在冰川、沙漠、深海中,都能流畅书写,而且经过27道工序制作而成的超坚硬碳化钨笔珠,除了耐磨损之外,还不会轻易脱落。
如此优秀的太空笔,很快就成了各国航天员的标配。
中国自主研发的专业太空笔
我国载人航天事业在初期用的也是用的国外太空笔,但在独立自主研发的精神下,我国开始着手解决太空用笔的难题。
2008年,20多家集研发、生产、销售于一体的制笔产业落户在始兴县选址东湖坪工业片区。
2010年,该基地被评为“中国制笔研发制造基地”,里面的企业在日以继夜的研发国产太空笔。
皇天不负苦心人,在2013年,我国就研发出了国产太空笔,并且正式被应用于航天事业。
国产太空笔笔杆的材料是航天专用合金,制作工艺更是达到了QB/T2625—2011和GB4306国家最高标准,属于全球顶尖水准。
这支笔不仅能在玻璃、陶瓷等介质上书写,还能在水中书写,完全能够适应零下40摄氏度到140摄氏度的气温变化,就算航天员在穿上宇航服,带上重启手套的情况下,也能用太空笔轻松书写。
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铅笔不是不能在太空中用,而是铅笔的粉末在失重状态下会四散开来,一不小心都可能瘫痪精密仪器,所以普通的铅笔在太空中其实并不好用,宇航员需要一种霸气“不侧漏”的书写工具。
所以为了替代铅笔,太空笔就被制造出来了,为了克服宇宙空间中失重问题,工程师保罗·C·费舍尔发明了一种气压式圆珠笔,这种笔可以在太空中使用,并且永不漏油永不褪色,成为了宇航员太空生活的不二之选。
其实不只是铅笔在太空中不好用,普通的钢笔圆珠笔一样不能在太空中用,甚至还不如铅笔,因为圆珠笔和钢笔都是墨水书写,而在失重环境下液体根本不会自动向下流淌,所以太空笔才使用了气压式全密封结构。
如此一来太空笔甚至能头朝上书写,不仅如此,太空笔的油墨也是高科技油墨,能在零下几十度的低温和零上一百多度的高温中书写自如,水下书写更是再简单不过了。
太空笔被发明以来已经广泛用于太空和地球上的极端环境中,从珠穆朗玛峰登山队到地球南北两极度科考队,还有喜欢新奇物品的普通人,都有一只太空笔。
太空笔在日常生活中其实也是很不错的选择,结实耐用而且可以在任何东西上书写,除了价格有点贵以外毫无弱点。但其实普通人在日常生活中用太空笔完全没必要,因为它是极端环境下使用的笔,不过买一支作为收藏还是不错的。
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美国斥巨资研制的太空专用笔,却被前苏联用一根普通的铅笔解决了,甚至还嘲讽美国“人傻钱多”,然而前苏联却被随后的事实无情打脸。
冷战时期,美苏展开军备竞赛,新研制的飞机、坦克、航母轮番上阵,两个超级大国互相叫板,甚至连太空也成为了这两个超级大国竞争的舞台。
但是在对太空的探索中,有一个毫不起眼但却至关重要的细节摆在两国的科学家面前。那就是在太空失重的环境下,普通的圆珠笔无法正常使用,那宇航员用什么才能记录太空中的各项数据呢?
面对这种问题,美国斥巨资研制出了可以在太空中正常使用的太空笔;前苏联的做法就简单多了,直接带着铅笔上太空,甚至前苏联还嘲讽美国:明明一根铅笔就能解决的事,费那个劲干啥。
可在随后的实践中发现,前苏联把事情想得太简单,宇航员在太空中决不能使用铅笔。
那么为什么铅笔不能在太空中被宇航员使用呢?
在回答这个问题前,我们先说一说圆珠笔为什么不能在太空中使用。
圆珠笔在我们日常生活中十分常见,但并不是每个国家都能够生产圆珠笔,主要原因是圆珠笔的笔尖部位要求工艺复杂,制作难度巨大。
在地球的时候,因为我们书写都是笔尖向下,由于万有引力的作用,圆珠笔的油墨才能从笔杆里流出来,达到书写的目的。
可是在太空中是处于失重的环境,根本不存在万有引力这一说法。没有了引力的作用,那么笔杆中的油墨就无法流出来,不能正常书写。
这也就是为什么在太空中不能使用圆珠笔的原因。
那么铅笔为什么也不能在太空中使用呢?
如果说圆珠笔、钢笔因为在太空中没有引力的原因无法使用的话,那铅笔总可以用吧。事实证明,铅笔也不行,主要原因有以下几点。
01.
相信大家在平常使用铅笔时都有过这样的经历,在我们用铅笔写字时候,稍不注意手上的力道大一点,那么铅笔的笔芯就会断掉。
在太空失重的环境中,断掉的笔芯一旦飘入宇航员的鼻子、嘴里,就可能会对宇航员的生命造成威胁。
02.
铅笔的笔芯是由石墨构成的,在书写过程中,铅笔通过与纸张的摩擦在纸上留下字迹,但是在书写的过程中,因为摩擦力会产生细微不可见的石墨粉尘。
由于石墨的导电特性,再加上太空中的失重环境,这些石墨粉尘一旦飘入到电子仪器设备中,有可能会造成设备和电子仪器的短路,导致仪器设备损坏。
03.
铅笔用久了总要削的,这些削下来的木屑如果保存不好就会四处飘散。木屑本就是易燃物品,在太空纯氧的环境中燃烧的更快,一旦因为木屑而引起火灾,那可是非常危险的。
那么什么样的笔能在太空使用呢
为了解决在宇航员在太空书写的问题,太空笔横空出世。
这里要说明一下,太空笔的确是美国人发明的,但是却和美国航天局没有丝毫关系。而是由一名叫保罗费舍尔的发明家在1965年创造出来的,而且还是自掏腰包,据说整个太空笔研发的费用超过了100万美元。
其实太空笔的原理十分简单,在太空笔的笔芯上方装有压缩氮气,保持在2.4个大气压,依靠这个压力墨水就会从笔芯中挤出,达到书写的目的。
太空笔除了能够在失重的环境中使用,还有很多其它的优点:
1.在极寒、极热、甚至是水下等环境都可以正常书写。
2.书写的角度随意,甚至是倒着写都没问题。
3.笔尖是由高密度超硬的碳化钨笔珠做的,在任何物体表面书写都不会对笔珠造成损坏。比如水泥路面、石头、钢铁等,
4.太空笔用的油墨叫做超粘触变性档案油墨,这种油墨最大的优点是在极端的环境气候下也不会变色,只要被记录的书面材料不变质,那么多年以后仍然可以正常阅读。
基于这些优点,太空笔目前也广泛的应用于登山、潜水、极地考察、户外探险等众多领域。
关于太空笔,还有一个比较有意思的小故事
咱们生活中经常看到电视上播放各种广告,推广各类产品,可是你见过在太空中推销产品么?
1998年,俄罗斯宇航员为了给俄罗斯宇航局筹集资金,在国际空间站上通过美国最大电视直销平台QVC,向全球推销太空笔。
有意思的是,在直播的过程中,正当俄罗斯宇航员描述太空笔的作用时,因为信号传输的问题,观看直播的群众只能看到直播画面,无法听到声音。
俄罗斯宇航员灵机一动,拿起太空笔在记录板上写下QVC三个字母,并将太空笔的特点和作用逐一写下。
这也是人类历史上唯一一次在太空中推销产品。
说在最后
在太空失重的环境中,宇航员决不能用铅笔,最主要的原因是在环境复杂、未知的太空中,铅笔有很大的安全隐患,一旦在太空中发生危险,那绝对是灾难性的。
一艘价值上百亿的太空飞船或空间站,因为一支几块钱甚至几毛钱的铅笔而造成损坏,那就是因小失大,得不偿失。
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