Schreiben in der Schwerelosigkeit

Es kursiert eine hartnäckige Geschichte, die besagt, dass die NASA während des Weltraumrennens im Kalten Krieg Millionen von Dollar ausgab, um einen Stift zu entwickeln, der in der Schwerelosigkeit funktioniert. Der Witz dabei ist, dass die sowjetischen Kosmonauten das Problem angeblich einfach durch die Verwendung eines Bleistifts lösten. Diese Anekdote ist amüsant und weit verbreitet, aber wie viel Wahrheit steckt wirklich darin? Funktionieren normale Stifte, wie zum Beispiel ein Füllfederhalter oder ein Kugelschreiber, überhaupt im Vakuum oder in der Schwerelosigkeit des Weltraums?

Warum normale Stifte im Weltraum versagen

Um zu verstehen, warum ein normaler Stift im Weltraum nicht funktioniert, müssen wir uns kurz anschauen, wie er auf der Erde schreibt. Ein traditioneller Füllfederhalter oder ein einfacher Kugelschreiber relying largely on Schwerkraft (gravity) und Kapillarwirkung, um die Tinte vom Reservoir zur Spitze oder Kugel zu befördern. Bei einem Füllfederhalter zieht die Kapillarwirkung die Tinte durch feine Kanäle im Tintenleiter zur Feder. Die Schwerkraft unterstützt diesen Fluss und sorgt dafür, dass immer genügend Tinte an der Spitze verfügbar ist, solange der Stift richtig gehalten wird.

Bei einem normalen Kugelschreiber wird die Tinte durch die Rollbewegung der Kugel auf das Papier übertragen. Damit die Tinte zur Kugel gelangt, braucht es ebenfalls einen gewissen Druck oder, wie bei den meisten Modellen, die Schwerkraft, die die viskose Tinte nach unten drückt und so den Kontakt zur Kugel aufrechterhält. Einige moderne Kugelschreiber nutzen bereits etwas viskosere Tinten oder verbesserte Mechanismen, aber die grundlegende Abhängigkeit von äußeren Kräften bleibt bestehen.

In der Schwerelosigkeit (zero gravity), wie sie in einer Umlaufbahn herrscht, fällt die Schwerkraft als treibende Kraft weg. Ohne diesen ständigen Zug nach unten kann die Tinte in einem Füllfederhalter einfach im Reservoir bleiben oder unkontrolliert als Klecks austreten, statt gleichmäßig zur Feder zu fließen. Bei einem Kugelschreiber drückt nichts die Tinte zuverlässig zur Kugel. Die Tinte bleibt im hinteren Teil der Mine, und die Kugel dreht sich trocken auf dem Papier. Man könnte versuchen, den Stift zu schütteln oder zu erwärmen, aber das sind keine zuverlässigen oder praktikablen Methoden für den täglichen Gebrauch im Weltraum.

Das unterschätzte Problem mit Bleistiften

Die einfache Lösung, die der Mythos den sowjetischen Kosmonauten zuschreibt – die Verwendung eines Bleistifts – scheint auf den ersten Blick clever und kostengünstig. Auf der Erde funktionieren Bleistifte unabhängig von der Schwerkraft. Man reibt einfach den Graphit auf das Papier. Warum also nicht im Weltall?

Der Grund liegt in der Sicherheit. Bleistifte bestehen aus Holz und einer Mine, die hauptsächlich aus Graphit und Ton gefertigt ist. Beim Schreiben oder Anspitzen eines Bleistifts entstehen feine Partikel: Holzsplitter, Graphitstaub und kleine Bruchstücke der Mine. In der Schwerelosigkeit schweben diese Partikel frei in der Kabinenluft herum. Das mag harmlos klingen, birgt aber erhebliche Risiken in einer komplexen und empfindlichen Raumfahrzeugumgebung wie der Internationalen Raumstation (ISS).

• Elektronische Geräte: Graphit ist elektrisch leitfähig. Frei schwebender Graphitstaub kann in elektronische Geräte, Schalter und Computer eindringen und Kurzschlüsse verursachen, die lebenswichtige Systeme beschädigen oder außer Betrieb setzen könnten.
• Luftfiltersysteme: Die feinen Partikel können die Luftfilter verstopfen, die für die Reinigung und Aufbereitung der Kabinenluft unerlässlich sind.
• Augen und Atemwege: Der Staub und die Splitter stellen auch eine direkte Gefahr für die Astronauten selbst dar. Sie können in die Augen gelangen und Reizungen oder Verletzungen verursachen oder eingeatmet werden und die Atemwege belasten.
• Mechanische Systeme: Partikel können sich in beweglichen Teilen oder empfindlichen Instrumenten festsetzen und deren Funktion beeinträchtigen.

Angesichts dieser erheblichen Sicherheitsbedenken waren Bleistifte für die NASA und später auch für die russische Raumfahrtagentur Roskosmos keine akzeptable Schreiblösung für Langzeitmissionen im Weltraum.

Die wahre Geschichte: Der Fisher Space Pen

Die Wahrheit ist, dass es tatsächlich einen speziellen Stift gibt, der für den Gebrauch im Weltraum entwickelt wurde und bis heute von Astronauten und Kosmonauten gleichermaßen verwendet wird. Doch entgegen dem weit verbreiteten Mythos wurde dieser Stift nicht von der NASA mit Millionen von Steuergeldern entwickelt.

Der sogenannte Weltraum-Stift (Space Pen) wurde von der Fisher Pen Company entwickelt, einem privaten Unternehmen unter der Leitung von Paul Fisher. Fisher investierte etwa eine Million Dollar aus eigenen Mitteln in die Forschung und Entwicklung eines Stiftes, der unter extremen Bedingungen schreiben kann, einschließlich der Schwerelosigkeit. Er verfolgte das Ziel, ein zuverlässiges Schreibwerkzeug für die Raumfahrt zu schaffen, und bot seinen Prototyp sowohl der NASA als auch den Sowjets an.

Der Fisher Space Pen verwendet eine spezielle, versiegelte und unter Druck stehende Mine. Diese Mine enthält eine thixotrope Tinte, die im Ruhezustand fast fest ist, aber flüssig wird, sobald die Schreibkugel rollt und Scherkräfte auf die Tinte ausübt. Der Druck in der Mine (etwa 3,5 bar, erzeugt durch Stickstoff) drückt die Tinte konstant zur Kugel, unabhängig von der Schwerkraft oder der Schreibposition. Dies ermöglicht es dem Stift, nicht nur in der Schwerelosigkeit, sondern auch kopfüber, unter Wasser und bei extremen Temperaturen (von ca. -35°C bis über 120°C) zu schreiben.

Gemeinsame Nutzung im All

Nachdem die NASA den Fisher Space Pen ausgiebig getestet und für sicher und zuverlässig befunden hatte, kaufte sie 1967 die ersten Stifte für ihre Apollo-Missionen. Der Stift kam erstmals während der Apollo 7 Mission im Jahr 1968 zum Einsatz. Bald darauf erkannten auch die sowjetischen Raumfahrtbehörden die Vorteile dieses Stiftes und begannen, ihn für ihre Missionen zu erwerben. Heute ist der Fisher Space Pen Standardausrüstung auf der Internationalen Raumstation (ISS) und wird von Astronauten und Kosmonauten aller Nationen genutzt.

Die Behauptung, dass amerikanische Steuerzahler durch die angebliche Millionen-Dollar-Entwicklung eines Weltraum-Stiftes durch die NASA verschwendet wurden, ist somit unbegründet. Die Entwicklung war eine private Investition, und die NASA (sowie Roskosmos) kaufte die Stifte zu einem handelsüblichen Preis, der weit unter den mythischen Entwicklungskosten lag.

Vergleich der Schreibmethoden im Weltraum

Um die verschiedenen Optionen und ihre Eignung für den Weltraum besser zu verstehen, betrachten wir ihre Eigenschaften:

Häufig gestellte Fragen zum Schreiben im All

Funktioniert wirklich kein normaler Stift im Weltraum?
Das hängt vom Stifttyp ab. Füllfederhalter und die meisten Standard-Kugelschreiber, die auf Schwerkraft und Kapillarwirkung angewiesen sind, funktionieren in der Schwerelosigkeit nicht zuverlässig oder gar nicht. Stifte mit Druckminen, wie der Fisher Space Pen, sind speziell dafür konzipiert und funktionieren einwandfrei.

Warum ist die Geschichte mit der NASA und dem Bleistift so populär?
Die Geschichte ist eine eingängige Anekdote, die gut in das Narrativ des technologischen Wettrüstens im Kalten Krieg passt und eine teure, überentwickelte amerikanische Lösung einer einfachen, pragmatischen sowjetischen gegenüberstellt. Sie ist humorvoll und leicht zu merken, auch wenn sie nicht der Wahrheit entspricht.

Hat die NASA gar nichts zur Entwicklung des Weltraum-Stiftes beigetragen?
Die NASA hat den Stift nicht entwickelt oder die Entwicklung finanziert. Sie hat jedoch strenge Tests durchgeführt, um sicherzustellen, dass der Fisher Space Pen die Anforderungen für den Einsatz im Weltraum erfüllt, bevor sie ihn kaufte und einsetzte. Ihre Rolle war die des Prüfers und Kunden, nicht die des Entwicklers.

Könnten Astronauten nicht einfach digitale Notizen machen?
Digitale Geräte werden im Weltraum intensiv genutzt. Allerdings gibt es Situationen, in denen ein physisches Schreibwerkzeug unerlässlich oder praktischer ist, z.B. für schnelle Notizen auf Papierchecklisten, Beschriftungen auf Probenbeuteln oder als Backup bei Systemausfällen. Ein einfacher, zuverlässiger Stift ist nach wie vor ein wichtiges Werkzeug an Bord.

Ist der Fisher Space Pen teuer?
Im Vergleich zu einem Massenproduktions-Kugelschreiber ist der Fisher Space Pen teurer in der Anschaffung (typischerweise zwischen 20 und 50 Euro oder mehr, je nach Modell). Dies spiegelt die spezielle Technologie und die hochwertige Verarbeitung wider. Für Raumfahrtagenturen, die ihn in großen Mengen kaufen, ist der Stückpreis wahrscheinlich niedriger, aber er stellt einen überschaubaren Ausgabeposten im Vergleich zu den Gesamtkosten einer Mission dar.

Fazit

Die Geschichte vom teuren NASA-Stift und dem einfachen sowjetischen Bleistift ist eine unterhaltsame Legende, die die Realität des Schreibens im Weltraum stark vereinfacht und verzerrt. Normale Stifte versagen in der Schwerelosigkeit aufgrund physikalischer Prinzipien, während Bleistifte aufgrund der von ihnen erzeugten gefährlichen Partikel nicht sicher verwendet werden können. Die tatsächliche Lösung ist der von einem privaten Unternehmen entwickelte Fisher Space Pen, der eine innovative Drucktechnologie nutzt, um unter extremen Bedingungen zu schreiben. Dieser Stift ist ein Beispiel für technologische Anpassung an eine einzigartige Umgebung und wird, frei von nationalen Rivalitäten, von Raumfahrern weltweit genutzt. Das nächste Mal, wenn Sie von der Geschichte hören, wissen Sie, dass die Wahrheit – wie so oft – komplexer und in diesem Fall eine faszinierende Mischung aus Physik, Ingenieurwesen und Unternehmertum ist.

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