Для письма в открытом космосе использовались различные инструменты , включая различные типы карандашей и ручек . Некоторые из них были немодифицированными версиями обычных пишущих инструментов; другие были изобретены специально для решения проблем с письмом в условиях космоса.
Распространенное заблуждение гласит, что, столкнувшись с тем фактом, что шариковые ручки не могут писать в условиях невесомости, космическая ручка Fisher была разработана в результате миллионов долларов ненужных расходов со стороны НАСА , когда Советский Союз выбрал более простой и дешевый путь использования только карандашей, что сделало ручку примером чрезмерной инженерии . [1]
На самом деле космическая ручка была независимо разработана Полом С. Фишером, основателем компании Fisher Pen Company, на 1 миллион долларов собственных средств. [2] [3] [4] НАСА протестировало и одобрило ручку для использования в космосе, тем более, что она была менее огнеопасной, чем карандаши, [1] затем закупило 400 ручек по 2,95 доллара за штуку (что эквивалентно 27 долларам за штуку в 2023 году). [5] Советский Союз впоследствии также закупил космическую ручку для своих космических полетов «Союз» .
Поскольку практически все записи в космосе, предназначенные для постоянной записи (например, журналы, подробности и результаты научных экспериментов), являются электронными, обсуждение пишущих инструментов в космосе носит несколько академический характер: по состоянию на 2019 год печатные копии выпускаются нечасто. Используемые ноутбуки (по состоянию на 2012 год IBM/Lenovo ThinkPads) требуют настройки для использования в космосе, например, для обеспечения устойчивости к радиации, теплу и огню. [6]
Сравнение космического и наземного учета создает несколько серьезных проблем:
Как и подводные лодки до них, космические капсулы являются закрытыми средами, подлежащими строгим требованиям по загрязнению. Поступающий материал проверяется на предмет угроз миссии. Любое просыпание, включая древесину, графит, пары и капли чернил, может стать риском. В случае пилотируемой капсулы гораздо меньший рециркулирующий объем в сочетании с микрогравитацией и еще большей сложностью пополнения запасов делают эти требования еще более критическими.
Выброс древесной стружки, графитовой пыли, сломанных графитовых наконечников и чернильных составов представляет собой опасную опасность для полета. Отсутствие гравитации заставляет объекты дрейфовать, даже при фильтрации воздуха. Любой проводящий материал представляет угрозу для электроники, включая электромеханические переключатели, которые использовались во время ранних пилотируемых космических программ. Непроводящие частицы также могут мешать контактам переключателей, таким как нормально открытые и поворотные механизмы. Дрейфующие частицы представляют угрозу для глаз (и в меньшей степени угрозу вдыхания), что может поставить под угрозу выполнение критической процедуры. Персонал может надевать защитное снаряжение, но и наземные, и летные экипажи чувствуют себя более комфортно и более производительно « в рубашках с короткими рукавами ». Пол С. Фишер из компании Fisher Pen Company рассказывает, что карандаши были «слишком опасны для использования в космосе». [7]
Еще до пожара Apollo 1 кабина экипажа CM была проверена на наличие опасных материалов, таких как бумага, липучки и даже низкотемпературный пластик. Директива была выпущена, но плохо соблюдалась. В сочетании с высоким содержанием кислорода кабина Apollo 1 сгорела за считанные секунды, в результате чего погибли все три члена экипажа.
Космонавт Анатолий Соловьев летал с космическими ручками, начиная с 1980-х годов, и утверждает, что «грифель карандаша ломается… и не пригоден для использования в космической капсуле; очень опасно иметь металлические частицы свинца в условиях невесомости». [8]
Строгие требования к документации сопровождают что-либо столь сложное, как крупномасштабная аэрокосмическая демонстрация, не говоря уже о пилотируемом космическом полете. Записи по обеспечению качества документируют отдельные детали и примеры процедур для отклонений. Низкие темпы производства и полетов, как правило, приводят к высокой дисперсии; большинство конструкций космических аппаратов (не говоря уже об отдельных космических аппаратах) летают так редко, что их считают экспериментальными самолетами . В сочетании со строгими весовыми драйверами орбитальных и дальних космических полетов требования к контролю качества высоки. Записи по контролю изменений отслеживают эволюцию оборудования и процедур от их наземных испытаний, первоначальных полетов , через необходимые исправления и пересмотр и модернизацию в середине срока службы, и до сохранения инженерных знаний для последующих программ и любых расследований инцидентов .
Если полет также имеет научные или инженерно-технические цели, низкое качество данных может напрямую повлиять на успех миссии.
Сталкиваясь с этими требованиями, карандаши или другие методы ведения непостоянных записей неудовлетворительны. Сам факт ведения постоянной, высоконадежной документации отпугивает от ляпов , обходных путей и « лихорадки ». Расследование Apollo 1 выявило процедурные и производственные недостатки во многих областях, вплоть до процедур на блокноте.
На уровне моря температура смягчается плотной атмосферой. По мере падения давления воздуха температура может колебаться более резко. Многие ранние миссии с экипажем работали при давлении ниже стандартного, чтобы уменьшить напряжения (и, следовательно, массу) своих капсул . У многих не было отдельных шлюзов, вместо этого вся кабина время от времени подвергалась жесткому вакууму. Низкое давление также усугубляет проблемы загрязнения, поскольку вещества, приемлемые при стандартных условиях, могут начать выделять газ при более низком давлении или более высоких температурах. В то время как космический корабль «Союз» имел расчетное давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм (101 кПа) и мог использовать свой орбитальный модуль в качестве шлюза, орбитальный модуль будет удален для запланированных лунных миссий . В любом случае, ручка, которая была бы нечувствительна к давлению и температуре, устранила бы проблему (включая случайную разгерметизацию), обеспечила бы запас и позволила бы вести запись во время внекорабельной деятельности.
Хотя графит считается опасным материалом в космосе, поскольку он горит и проводит электричество, два факта снижают риски:
Деревянный карандаш использовался для письма в советских космических программах с самого начала. Он прост и не имеет подвижных частей, за исключением точилки . Механический карандаш использовался НАСА во время проекта «Меркурий» [ 10] и оставался одним из самых используемых пишущих инструментов вплоть до программ «Джемини» , «Аполлон» и «Скайлэб» . [11] Его можно сделать таким же широким, как ширина перчаток астронавтов, но при этом сохранить его легкий вес. В нем нет деревянных деталей, которые могли бы загореться и создать пыль. Однако грифель карандаша все равно создает графитовую пыль, которая может проводить электричество.
Несмотря на потенциальную опасность, проблема отламывания и плавания карандашных грифелей в невесомости, похоже, не была проблемой во время миссий «Джемини» или «Аполлон». Астронавт Билл Поуг заявил, что он никогда не видел, чтобы сломанные грифели плавали во время его 84-дневной миссии «Скайлэб-4» (в ходе которой было отправлено пять или шесть механических карандашей), и он считал, что любой такой свободный мусор быстро втягивался в систему воздуховодов «Скайлэб» и безопасно собирался в обратном фильтре. [12]
Карандаши с жиром на пластиковых грифельных досках использовались как в НАСА, так и в советской космической программе в качестве ранней замены графитовым карандашам в деревянной оболочке. Карандаш с жиром прост, у него нет подвижных частей, а бумажная оболочка снимается при необходимости. Недостатком является то, что бумажная обертка требует утилизации. Надписи, сделанные карандашом с жиром, также не такие долговечные, как чернила на бумаге.
Шариковые ручки использовались советскими, а затем российскими космическими программами в качестве замены жирным карандашам, а также NASA и ESA. [13] Ручки дешевы и используют бумагу (которая легко доступна), а записи, сделанные ручкой, более долговечны, чем записи, сделанные графитовыми карандашами и жирными карандашами, что делает шариковую ручку более подходящей для бортовых журналов и научных записных книжек. Однако чернила несмываемые и в зависимости от состава подвержены дегазации и температурным колебаниям .
Фломастеры использовались астронавтами НАСА в миссиях Аполлон . Однако инструменты на основе фитиля разработаны с учетом низкой вязкости, а значит, и рабочей температуры и давления.
Fisher Space Pen — это шариковая ручка с газовым наполнителем, которая прочна и работает в самых разных условиях, таких как невесомость , вакуум и экстремальные температуры. Ее тиксотропные чернила и картридж без вентиляции не выделяют значительного количества паров при обычных температурах и низких давлениях. Чернила вытесняются сжатым азотом под давлением около 45 фунтов на квадратный дюйм (310 кПа), а стандартный картридж PR (Pressurized Refill) рассчитан на письмо на расстоянии более 12 000 футов (3700 м) и при температурах от −30 до 250 °F (−34 до 121 °C). Однако он дороже вышеупомянутых альтернатив. Он использовался как астронавтами НАСА, так и советскими/российскими астронавтами в миссиях Apollo , Shuttle , Mir , [14] и миссиях ISS .