《地心引力》

仿客

About the Film

上一期，我们讲到了斯通博士和航天员科沃斯基奔向那些航天器的过程异常艰辛，本期我们将讨论他们在太空中赖以飞行的工具。在电影的开头，科沃斯基声称要打破在太空飞行的时间纪录，他的背包正嗤嗤地喷气，他就随着喷气声微微晃动身体，变换位置。这说明他是靠喷气背包来活动的。当灾难发生后，斯通博士历经千辛万苦终于进入了国际空间站，驾驶舱外却因故障爆炸起火，她迅速地赶到起火的位置，拿起灭火器喷了过去——然后被灭火器喷射的反作用力吹飞，一头撞晕了过去。同样是喷气的反作用力的表现，喷气背包和灭火器的效果怎么不一样呢？

Real Story

如何在太空中使用灭火器

看到斯通博士被灭火器撞晕的场景，很多观众可能会忍不住为她揪心：这么紧张的时刻，怎么连个灭火器都拿不稳，反而把自己撞晕了呢？

这其实是太空中的正常现象。在地球上，我们在使用灭火器之类带喷射动力的设备时，之所以能稳稳地站住，是借助了地心引力的作用。地心引力将我们吸附在地面上，根据摩擦力公式，摩擦力等于正压力乘以摩擦因数，我们与地面有了摩擦力，就不会被喷气的反作用力轻易吹走。而在太空中，航天员处于悬浮的状态，与周围的物体没有相互挤压的力，自然也不会获得摩擦力，所以她使用灭火器时，反而把自己给吹飞了。

从昏迷中及时醒来的斯通博士，在危急关头汲取了教训，以一个弓箭步的动作，让一只脚稳稳地撑在身后的舱壁上，再次启动灭火器时，喷气的推力通过撑在舱壁的脚来承受，她自己就没有再被吹走，最终成功扑灭了火焰，度过了这次危机。

随后，受到启发的斯通博士开始尝试借助灭火器来代替喷气背包在太空行走，毕竟喷气背包的推进原理与灭火器没有本质差别。但在实际使用上，会碰到一个很严重的问题——附加转矩。这就要说到最早用于太空行走的装置了。

如何在太空中使用喷气动力

回顾早期的太空探索，航天员是绑根绳子（学名脐带）跳出舱外来进行太空行走的。后来美国的科学家们首先发明了手持式机动装置（HHMU）来提供舱外行走的动力。

HHMU的结构和原理与小型灭火器没有太大的差别，工作过程就是把高压气体从喷嘴里喷出而已。它的首个体验用户——研究员詹姆斯·麦克迪维特直言其“令人绝望”“完全无用”，因为它必须精确地对准使用者的质心，才能让使用者沿一条直线移动，否则就会引起身体不必要的旋转。

所以，像电影里斯通博士那样用灭火器，比HHMU更加可怕。如果你不能很准确地把喷射的方向瞄准自己的质心位置，那么它把你向前推行的同时，还会让你整个人翻滚起来，而且很难重新平衡……这也是为什么科沃斯基的喷气背包是从围绕身体的多个位置同时喷射气流来推动的，因为这样才能在推进的同时，通过背包自带的控制系统自动调节平衡姿态。

False Tale

“联盟号”的铅笔头

当电影里的“联盟号”上出现铅笔的时候，可能有不少人开始会心微笑了。曾经有一个著名的段子，说美国人花费了数百万美元发明了一种能在太空写字的笔。没想到，他们的竞争对手苏联人在太空轻松地用着铅笔，花费不过几毛钱。事实上，早期的航天员都是使用铅笔进行书写的，而且铅笔并不像想象的那样好用。铅笔芯断裂后，在无重力的空间中可能飘进航天员的鼻腔、眼睛，或引起电路短路；铅笔的笔芯和木头在纯氧的环境中很容易快速燃烧，危险性极高。

美国工程师费舍尔在1965年解决了这个问题，他发明了太空笔。这种笔采用全密封的笔芯结构，在笔芯中填充了氮气以提供压力让墨水流出；采用黏性极强且拥有触变特性的特殊油墨；用耐磨性和硬度都非常好的超硬碳化钨做成笔珠，确保油墨能均匀稳定地流出而又不会漏油，更不会在恶劣环境下出现笔珠脱落的情况。

太空笔不但成为了各国航天员的必备品，在各种极端环境的工作中也大受欢迎，甚至包括需要进行多角度描绘的机器人——别的笔可没法倒着写。太空笔如此普及，“联盟号”上不至于没有准备吧？