科學探索:美國人斥資研發太空筆,真的是人傻錢多嗎?

“We spent millions of dollars developing a pen for the astronauts that would work in zero gravity. Know what the Russians did? They used a pencil.”——《 The West Wing Season》

上面這句話來自美國電視劇《白宮風雲》中的一段臺詞,大致意思是:美國政府斥資數百萬美元研發在失重條件下可以使用的筆,也稱太空筆,而同時期的蘇聯卻用鉛筆解決了在太空寫字的難題。藉此來嘲諷美國當局揮霍納稅人的錢,把簡單的事情複雜化。

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故事還要從圓珠筆的原理說起

雖然圓珠筆價格低廉又很常見,但是製作工藝卻不簡單,其主要部件之一為筆尖的筆珠,其由碳化鎢製成,這是一種硬度可以與金剛石相媲美的材料。除筆珠之外,球座是筆頭上的另一個關鍵部件。只有當筆珠和球座兩者完美結合時,圓珠筆才能正常使用。

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因此筆珠上不能存在一點點瑕疵,生產的筆珠要通過電子顯微鏡進行檢測,一旦發現瑕疵,同一批產品都要報廢。這就對製作工藝的要求非常嚴苛,目前只有德國、日本和瑞士等少數發達國家可以生產製造筆珠。我國近90%的筆尖筆珠都需要進口,但是目前我國已經在進行相關方面的研發攻關。

圓珠筆的原理:當用圓珠筆書寫時,筆珠與紙面接觸產生摩擦力,使筆珠在球座內滾動,而油墨則在重力作用下被推到筆珠上,筆珠滾動帶出油墨,於是就可以寫出字。

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圓珠筆在太空寫不了字

看完圓珠筆的工作原理,相信大家就會明白為什麼圓珠筆在太空中不能使用。這是因為在圓珠筆的工作原理中,重力是一個不可或缺的重要因素,在失重條件下,油墨無法被推到筆珠上,筆珠的轉動也就無法帶出油墨,圓珠筆也就寫不出字了。

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但是有關美國政府斥資數百萬美元研發太空筆的傳言只是謠言,視劇《白宮風雲》中的內容也是杜撰的,美國和蘇聯一樣剛開始都是使用鉛筆。期間,美國國家航空航天局還曾花費4382.26美元,採購了34支可以在太空安全使用的特殊鉛筆,每支高達128.89美元。此舉引發美國納稅人的強烈不滿,美國國家航空航天局迫於民眾壓力,只能繼續使用鉛筆。

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太空筆的由來

既然太空筆並非美國政府部門研發,那太空筆到底是誰研發的呢?其實“太空筆”是由一家美國私營公司研發的,只不過是被美國國家航空航天局普及罷了。

太空筆的開發者是美國費舍爾公司的Paul C. Fisher,該公司投資了100多萬美元,研發了一款在失重等極端條件下仍可以使用的圓珠筆,其工作原理是採用密封式氣壓筆芯,上部充有氮氣,靠氣體壓力(35psi)把油墨推向筆尖。

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隨後,費希爾公司把命名為 “AG-7”太空筆介紹給了美國國家航空航天局。通過一系列極端測試後,美國國家航空航天局從費希爾公司以每支2.39美元的價格購買了400支太空筆。一直使用鉛筆的蘇聯在得知這一消息後,也向費舍爾公司訂購了100支太空筆。太空筆由此一舉成名,費舍爾公司也因為太空筆聲名大振。

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鉛筆為什麼被拋棄?

既然鉛筆可以很好的解決太空中寫字的難題,為什麼還要斥資研發太空筆呢?其實歸根結底是出於對安全的考慮。

由於鉛筆在使用過程中會產生石墨粉,石墨粉懸浮在空中:一方面容易被宇航員吸入,對身體健康造成影響;另一方面石墨粉是良好的導電材料,一旦落入飛船的精密儀器設備中,極易引發短路等嚴重事故,這同美國用石墨炸彈癱瘓伊拉克電力系統的原理類似。

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結語

中國也進行了多次載人航天,那我在太空用的是什麼筆呢?

楊利偉上天時,使用的是進口太空筆;翟志剛、劉伯明和景海鵬上天時,使用了一種特製的中華牌鉛筆;等到神舟十號和神舟十一號發射時,航天員使用的是中國自主研製的太空筆。中國太空用筆的變化,也從側面反映了中國航天事業的進步。


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