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神舟十三号航天员进驻空间站,他们将在空间站呆6个月,翟志刚、王亚平、叶光富将成为首批在太空过年的中国航天员,到时候,翟志刚也将泼墨挥毫,为空间站送上第一幅对联。
大家可能不知道,太空写字是世界性难题,因为钢笔、圆珠笔在失重条件下都无法使用,铅笔便成为唯一的选择。但是,铅笔芯有时候会断,书写产生的石墨残渣会在失重的环境中漂浮,飘进航天员的鼻子、眼睛中。而且,石墨是良性导体,一旦飘进电器中就会引起短路的危险。此外,铅笔芯和木头在纯氧的环境中极易燃烧。所以说,铅笔不适合在太空中使用。经过改进后,美国采用机械铅笔,也就是现在的自动铅笔,而苏联则采用油笔。但是,机械铅笔仍会产生石墨粉,这两种笔迹很容易被擦除,不能够长久保留。
保罗·费舍尔意识到宇航员迫切需要一种能在太空安全、自如书写的笔,于是投资了 100 万美元来制造现在众所周知的太空笔。1965 年,费舍尔成功研制了一种可以倒置书写、在寒冷或烘烤条件下(-10度~ 237度)甚至可以在在水下或其他液体中书写的笔的专利。但是,如果太热,墨水会变成绿色而不是正常的蓝色。这就是著名的“AG-7“反重力太空笔。
与大多数圆珠笔不同,费舍尔的钢笔不依靠重力来使墨水流动。墨盒改为氮气加压。这种压力将墨水推向笔尖的碳化钨球。墨水也不同于其他钢笔。费舍尔使用的墨水会保持凝胶状固体,直到圆珠笔的移动将其变成液体。加压氮气还可以防止空气与墨水混合,因此它不会蒸发或氧化。
在研发成功之后,费舍尔将制造的原型交给了NASA,美国宇航局约翰逊航天中心,对这些笔进行了广泛的测试。航天局发现在极热和极冷的环境中,以及从纯氧到真空的大气中,这些笔都能工作。而且这笔拥有足够的墨水来绘制一条超过三英里长的实线——远远超过 NASA 的半公里(0.3 英里)墨水要求。NASA的支持加速了太空笔的研发,让其走向了市场。
NASA在1967年的时候采购了费舍尔的太空笔,美国宇航局为阿波罗计划订购了 400 支费舍尔的反重力圆珠笔。一年后,苏联也和费舍尔订购了 100 支钢笔和 1000 个墨盒,用于他们的联盟号太空任务。
自 1960 年代后期以来,美国宇航员和俄罗斯宇航员一直都在使用费舍尔的钢笔。经过科技的不断发展,费舍尔也研制了一系列太空笔。如今,美国宇航局的航天飞机和俄罗斯的和平号空间站使用了一种名为 Shuttle Pen 的新型钢笔。
普通笔在太空都没有办法用,为什么中国的毛笔可以用呢?
空间站处于微重力环境,这个时候,地球上常见的物理现象会发生不可思议的变化。液体和气体由重力导致的自然对流基本消除、液体中浮力消失、由于物质密度不同引起的沉浮和分层现象也消失等现象。
美国宇航员曾经做过实验,如果在空间站拧毛巾,由于没有重力影响,毛巾上的水会吸附在毛巾表面或者流到手中。抖出来的一部分水珠,不会像正常状态下掉落,而是朝着不确定的方向飞。保持的水珠的形态,不会散落成一滩水。
而毛笔的毛就相当于毛巾一样,会把液体吸附在笔尖,毛笔上面吸收了墨水,在笔尖与纸张接触的时候,墨水就从笔尖转移到了纸上。这就是著名的毛细现象,也就是液体运动非重力引起,而是由液体分子相互作用、液体与接触物表面之间相互作用引起。
毛细现象实际上要求达到一种平衡:液体分子相互作用,与液体与表面相互作用的平衡。在达到这个平衡的过程中,液体表面会发生变形。毛笔的材料,兽毛,也就是蛋白质,像玻璃一样可以被水浸润。由于分子间相互作用不受重力影响,于是毛笔在失重条件下,也可以一如既往地吸入墨水,并正常书写了。而且因为是微重力环境,墨水还更容易附着在笔尖上。
当然,一支毛笔能留住的墨水,有一个上限,如果蘸多了,墨水也可能会飘。过年的时候,翟志刚要写一副对联,这可比刘伯明写“理想”两个字困难得多,到时候如果墨水蘸多了,就很麻烦了,所以这就很考验翟志刚的技巧了。
还有一个问题,那就是墨水盒,如果是平常的墨水盒,在打开蘸墨的时候,墨水就会朝着不确定的方向飞。所以墨水盒应该是用特殊的方式处理过的。这个谜团,我们到过年的时候应该就可以揭晓了。
来源:胖福的小木屋
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