На Земле мы наливаем чай в кружку, подносим ко рту и пьём. Гравитация делает всё за нас. На Международной космической станции (МКС) гравитации почти нет. Если просто открыть пакет с соком, жидкость разлетится на тысячи капель, которые будут плавать в воздухе, попадать в приборы и глаза космонавтов.
Как же они пьют чай, кофе и даже борщ? Разбираем физику невесомости и хитрые инженерные решения.
1. Почему жидкость не ведёт себя как на Земле
В невесомости исчезает гравитационное давление. Жидкость больше не «тянет» вниз. Вместо этого главную роль начинают играть два явления:
- Поверхностное натяжение — молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем к воздуху. Поэтому капли стремятся принять форму шара (у неё минимальная площадь поверхности).
- Капиллярные эффекты — жидкость сама затекает в узкие щели и обволакивает твёрдые поверхности.
В результате любой открытый контейнер с напитком — это бомба замедленного действия. Капли отрываются, плавают по модулю и могут закоротить электронику или попасть в дыхательные пути.
2. Специальная упаковка — главный секрет
Космонавты не пользуются кружками. Все напитки на МКС упакованы в герметичные мягкие пакеты (наподобие соков из «тетрапака»), к которым приварен штуцер с клапаном. Чтобы попить, космонавт:
- Вставляет в штуцер специальную трубочку с зажимом.
- Открывает клапан и нажимает на пакет рукой — создаётся небольшое давление.
- Жидкость вытекает в трубочку, а космонавт зажимает её губами, чтобы ничего не разлилось.
Сам пакет при этом зафиксирован на подносе липучкой или магнитом. Без трубочки и зажима пить нельзя — капли улетят.
3. А можно как на Земле — из чашки?
Оказывается, можно, но чашка должна быть особенной. В 2008 году астронавт Дон Петтит придумал «космическую чашку» (Space Cup). Её форма не цилиндрическая, а похожа на заострённую лодочку — угол внутри очень острый.
Капиллярные силы затягивают жидкость в острый угол и удерживают её внутри, даже когда чашка перевёрнута. По сути, чашка сама «везёт» напиток к краю. Космонавт просто подносит губы к этому краю и втягивает жидкость — она не выплёскивается.
Такие чашки уже тестировали на МКС. Они не идеальны, но доказывают, что пить как на Земле теоретически возможно.
4. Почему кипяток не обжигает в невесомости
На Земле горячий чай отдаёт тепло воздуху, и пар поднимается вверх. В невесомости конвекции нет — горячий воздух не поднимается, он остаётся на месте. Поэтому жидкость остывает медленнее. Однако и пузырьки пара не уходят вверх, а растут прямо в толще воды. Кипение в невесомости выглядит как хаотичное лопание пузырей.
На МКС кипятильники используют с осторожностью — без гравитации пузырьки могут облепить нагреватель, перегреть его и испортить прибор.
5. Что пьют космонавты
В основном — воду, соки, чай, кофе, молочные коктейли. Всё в пакетах. Алкоголь запрещён (он может повлиять на работу приборов и поведение). Горячие напитки разводят из сухих концентратов — на МКС есть специальный дозатор с горячей и холодной водой.
Кстати, чай в космосе пьют без сахара, если только он не растворён заранее. Сахар-песок в невесомости — это миллионы крошечных кристаллов, которые разлетятся по всей станции.
Вывод
В невесомости просто «налить и выпить» нельзя. Каждая капля стремится убежать и наделать бед. Поэтому космонавты используют хитрые пакеты с трубочками и даже особые чашки, использующие силу поверхностного натяжения. В будущем, когда полетим на Марс, пить будем так же — аккуратно, с физикой, а не вопреки ей.
Подписывайтесь на канал «Научный минимум» — впереди разборы: как работает память, почему зеваем и правда ли, что молния дважды в одно место не бьёт.