Warum funktioniert ein herkömmlicher Kugelschreiber nicht in der Schwerelosigkeit?

Ein herkömmlicher Kugelschreiber funktioniert in der Schwerelosigkeit deshalb nicht, weil er auf die Schwerkraft angewiesen ist, um die Tinte zur Spitze zu befördern.

Hier sind die Details, warum das so ist:

1. Die Schwerkraft als „Pumpe“

Bei einem normalen Kugelschreiber befindet sich die Tinte in einer schmalen Röhre (der Mine). Da die Tinte eine gewisse Zähigkeit (Viskosität) hat, fließt sie nicht einfach von selbst wie Wasser. Die Schwerkraft zieht die Tinte ständig nach unten in Richtung der Kugel an der Spitze. Wenn man schreibt und die Kugel rollt, nimmt sie die Tinte auf und gibt sie an das Papier ab.

2. Das Problem in der Schwerelosigkeit

In der Schwerelosigkeit gibt es kein „Unten“. Die Tinte bleibt zwar in der Mine haften (durch Adhäsionskräfte), aber sie drückt nicht aktiv gegen die Kugel. Sobald man ein wenig geschrieben hat, entsteht an der Kugel ein Hohlraum. Da die restliche Tinte nicht nachrückt, reißt der Tintenfluss ab. Die Tinte schwebt stattdessen in Form von Blasen oder Klumpen irgendwo in der Mine herum.

3. Luftblasen

Ein weiteres Problem ist, dass Luft in die Mine gelangen kann. Auf der Erde steigt Luft in der Tinte nach oben (weg von der Spitze). In der Schwerelosigkeit vermischen sich Luftblasen und Tinte unkontrolliert. Wenn eine Luftblase die Kugel erreicht, setzt der Stift aus.

Die Lösung: Der „Space Pen“

Um dieses Problem zu lösen, entwickelte die Firma Fisher den berühmten Space Pen (Gasdruck-Kugelschreiber). Dieser funktioniert anders:

• Stickstoff-Druck: Die Mine ist versiegelt und steht unter hohem Gasdruck (Stickstoff). Dieser Druck drückt die Tinte aktiv gegen die Schreibkugel, völlig unabhängig von der Schwerkraft.
• Spezialtinte: Die Tinte ist im Ruhezustand fast fest (thixotrop) und wird erst durch die Reibung der rollenden Kugel flüssig.

Dadurch kann man mit einem Space Pen nicht nur im Weltraum schreiben, sondern auch auf der Erde „über Kopf“, unter Wasser oder auf fettigem Papier.

Ein kleiner Mythos am Rande

Oft hört man den Witz, dass die NASA Millionen für die Entwicklung eines Weltraumstifts ausgab, während die Russen einfach einen Bleistift benutzten. Das stimmt so nicht ganz: Auch die Amerikaner nutzten anfangs Bleistifte. Allerdings sind Bleistifte im Weltraum gefährlich, da abgebrochene Graphitspitzen (die Strom leiten) und feiner Graphitstaub in der Schwerelosigkeit herumschweben und Kurzschlüsse in der empfindlichen Elektronik verursachen können. Deshalb wechselten beide Nationen später zum Gasdruck-Kugelschreiber.