美国人耗巨资,应对太空失重写字难问题,中

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在著名印度电影《三傻大闹宝莱坞》中有这样一个情节:当校长向同学们展示了手中太空笔的来历以后,主人公兰彻向校长提问,既然钢笔不能再太空之中使用,那么为什么宇航员不使用铅笔呢?在电影没有看完之前,一定有不少人对兰彻表示支持。

可事实上,根据后来校长的解释我们知道,太空之中为什么不能用铅笔写字,主要原因就在于笔尖一旦折断,铅笔粉末就会因为失重而到处飞行,最终影响到各种各样的太空仪器。

因此,在太空之中写字,确实是一个不小的难题。在现实生活里面,美国人甚至不惜耗费巨资去应对失重问题,可我们中国航天员却仅用一只毛笔就解决了问题,这又是怎么一回事儿呢?

太空写字难题

有关于太空写字的难题,其实早在上个世纪美苏进行太空领域竞争的时候就已经发现。在那个年代,宇航员们想要在太空之中写字,仅仅只有三种选择,钢笔、圆珠笔和铅笔。可经过试验发现,在失重条件下,无论是钢笔还是圆珠笔,都根本没有办法正常使用。

无奈之下,铅笔便成了唯一的选择。可就像前文所言,一旦铅笔出现任何问题,那么在石墨残渣进入失重环境之中的时候。这些石墨便会四处飘散,最终造成不可估量的太空损失。为此,美苏两国便开始针对这个问题进行了不同方向的思考。

首先是美国方面,在经过一系列的改进以后,美国人研制出了机械铅笔,其实也就是现在我们常见的自动铅笔。在自动铅笔的帮助下,只要宇航员足够谨慎,那么使用的时候一般都不会出现多大的意外。可即便如此,有关于铅笔的威胁性却依旧存在。

其次则是苏联方面,和美国不同,为了应对石墨在失重状态下四处飘散的问题,苏联人最终选择了研制一种特殊的油笔在太空之中使用。与铅笔、钢笔或者圆珠笔不同,这种油笔不仅可以正常使用,同时还不会出现相关的安全隐患。

然而就这两种来说,其实都有一个致命的缺陷。那就是在书写了相关的资料之后,这些资料都特别容易消失不见。就像我们小时候使用铅笔在纸上写字一样,哪怕是在不使用橡皮擦的情况下,只要纸张摩擦得足够久,笔记最终也会变得模糊。

正因如此,为了保证宇航员在太空之中安全的工作,并且让相关的太空资料能够长久地保存。研发一种真正能够支持宇航员们在太空之中使用的太空笔,也就成了美苏两国在那个年代首先需要解决的问题之一。

太空笔的诞生

年,美国人保罗·费舍尔在圆珠笔的基础上,成功研制出一种能够在太空环境之中使用的特殊圆珠笔,这也是后来人们印象之中的太空笔。

有关于太空笔的原理,其实也十分的简单。要知道圆珠笔在失重的条件下没有办法使用,主要原因就在于圆珠笔本身是靠笔管内部的油墨进行书写。而油墨之所以能够正常对外“释放”,主要原因则在于气压的存在。

那么想要在失重的条件下能够使用圆珠笔,就只需要给圆珠笔自身提供一个动力即可。有了想法之后,保罗·费舍尔便采用密封式气压笔芯,并在圆珠笔上填充一定数量的氮气。在人造气体压力的作用下,油墨逐渐被推向笔尖。

至此,保罗·费舍尔耗费数百万美元研究经费,终于使人类第一支太空笔出现,而美国宇航局在经过大量的实验以后,最终也决定采用。到了年12月,美国宇航局更是以每支太空笔2.95美元的价格向保罗·费舍尔收购了只太空笔,这批太空笔便是后来十分著名的“AG-7反重力太空笔”。

值得一提的是,无论是在极热还是在极冷的环境之中,还是在纯氧或者真空的环境之中,这些太空笔都能够正常地工作。不仅如此,这些笔的墨水甚至能够用来绘制长度超过三英里的线条,远远超过了美国国家宇航局NASA对太空笔油墨储量的要求。

而苏联一方在听闻了这种太空笔以后,也同样决定直接向保罗·费舍尔下订单。所以如果能够回到那个年代的话,就必然会发现这样特殊的一个场景,处于冷战之中的美苏两个国家,在太空笔的使用上面却保持着高度统一。

中国毛笔

然而让美苏两个超级大国都没有想到的是,曾经他们花费巨资研发太空笔,而我们国家仅需要一支毛笔便能够轻松解决所有的问题。而之所以会出现这样的情况,一切还要从特殊的毛细现象开始说起。

在化学实验室之中,如果将细小的玻璃管插入水中,水就会在玻璃管之中升到一定的高度才会停止;可如果是将细小的玻璃管插入到水银之中,水银则会在玻璃管之中下降到一定的高度才会停止,这便是在固、液、气三相界面上产生的毛细现象。

在我们的日常生活之中,毛细现象的例子其实有很多。像砖块吸水、毛巾吸汗以及粉笔吸收墨水等等,都是常见的毛细现象。而之所以会出现这样的现象,主要原因就在于在这些物体之中,其实存在许多人类肉眼无法观测的细小孔道,这些孔道便起着毛细管的作用。

而从力学的角度来看,其实主要原因就在于液体运动的相互作用。在液体与接触物表面接触的时候,附着层中的分子具有附着力和内聚力的作用。在这两种力的作用下,最终会导致出现浸润或者不浸润的情况。

也正因如此,在使用毛笔的时候,毛笔与纸张接触的时候会产生表面张力,而弯曲的接触面又会使液面产生附加压强。因此,即便是在没有任何外力的帮助下,毛笔也可以直接蘸墨写字。

而在空间失重的环境之中,太空笔需要自身的“人造气压”才能够写字,可太空笔却没有这方面的困扰。要知道虽然在始终条件下,对流、沉积、浮力等一系列现象都消失不见的时候,物体表面张力与液体接触的过程,却反而会紧紧抱成一团。在这样的情况下,液体自然能够在物体表面无限制地进行延伸。

当中国宇航员需要写字的时候,就只需要用手握住毛笔,去掌控液体在物体表面延伸的方向即可。而这里的物体,其实也就是太空之中的纸张。

当然,和铅笔一样,我们国家的毛笔也并非真的是万能的。毕竟在墨水过多的情况下,依旧有可能出现水滴四处飞行的情况。因此,为了保证宇航员们的安全,毛笔使用一般都会十分的谨慎。

研究与探索

在了解了太空笔和毛笔的区别以后,很多人可能会想,在略显普通的毛笔面前,造价昂贵的太空笔显然没有了任何优势。可事实上,毛笔之所以能够“取胜”,重点并不在于这种笔的存在,而是在于原理的存在。

更重要的是,人类在无法解决某一个问题的时候,花费巨额资金去研究解决的方式,这种探索精神至少是值得肯定的。毕竟无论是苏联还是美国,一定都不会想到,看起来普普通通的毛笔,竟然会有如此神奇的效用。

事实上,在未来的研究探索之中,像毛笔一样有着特殊功效的物品一定还有很多。人类科学家在研究相关技术难题的时候,或许也可以从之前一些不起眼的物件之中寻求提示。只有这样,人类的未来发展才会更加得心应手,而曾经人们留下的智慧产物,也才能够被更好地发扬光大。

当然,在这一点上,拥有上下五千年文明历史的中国,自然具有当前世界上所有国家都没有办法比拟的优势。而这种优势,也值得我们每一个国人感到自豪和骄傲。




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