铅笔为何不能在太空中被宇航员使用?
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。