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天價馬桶送到空間站 背後是航天員的辛酸如廁史
2020-11-04 09:20:27 來源:科技日報  作者:
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  天價馬桶昇空背後是一部航天員的辛酸如廁史

  10月初,美國國家航空航天局(NASA)用天鵝座貨運飛船將大約3.6噸物資和設備送到國際空間站。其中頗受矚目的,是一個新馬桶。

  沒錯,即使是高大上的航天員,也需要面對『屎尿屁』的『三俗』問題。

  不過換個角度說,即使是馬桶,要進入到太空,也得變成高精尖的裝備。

  全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩向科技日報記者介紹,這臺名為『通用廢物管理系統』的新型太空馬桶,耗資2300萬美元、花費6年多時間研制,堪稱史上最貴馬桶。

  太空馬桶為什麼這麼貴,航天員上廁所有多難?咱們來說道說道。

  天價太空馬桶到底好在哪

  新型太空馬桶重45公斤,高71厘米。龐之浩說,它的體積比目前空間站使用的馬桶減少了65%,重量降低了40%,可以減少對國際空間站寶貴空間的佔用,並可以集成到不同航天器的生命維持系統中。

  過去,國際空間站的馬桶在設計上更適合男性使用。而新型馬桶為了更好地適用於女航天員,在設計上有所改進,更符合人體工程學。其座位更高且略有傾斜。這使得女航天員可以坐在馬桶上小便,用異形漏斗和軟管吸尿。而此前女航天員小便需要借助其他專用設備。

  新型馬桶采用了3D打印的鈦合金風扇分離器,可以產生強大的吸力,將排泄物吸入馬桶,確保它們不會亂飄。

  相比老式太空馬桶,新馬桶還有一個特點,打開馬桶蓋後,氣流會自動噴出,從而控制異味的擴散。鈦合金材料也大大提高了馬桶的耐腐蝕性和耐久性,能節省更多的清潔和維護時間,讓航天員可以將更多精力投入到科研和探索任務中,而不必為刷馬桶這樣的事情過度勞神。

  在太空裡,水資源需要大量循環利用。據估算,航天員如果在太空生活1年,要喝掉700多昇經過處理的尿液。新型馬桶的尿液回收效率有了進一步提昇,處理之後可以轉變為飲用水的比重有所增加。其尿液淨化功能是通過尿素生物反應器電化學系統來實現的,能將尿液中的尿素有效地轉化為氨,然後將氨分解為水和能量。據稱,這種將航天員排出的尿液進行循環利用、過濾淨化得到的純淨水,比地球上任何水都要乾淨。

  龐之浩介紹,每年地面向國際空間站提供2200昇飲用水的運輸費用高達2200萬美元,而且空間站的飲用水儲存能力也有限。如果人類想離開近地軌道,進一步探索星際空間,水的補給將更加困難。新型太空馬桶的設計目標,是在人類前往火星之前實現98%的液體回收率,此次將其運到國際空間站,也是為了進行試驗。

  想用好馬桶需開展專門訓練

  要想熟練使用太空馬桶,航天員需要開展專門的訓練。排便時,他們要保證屁股緊貼坐墊邊緣,讓馬桶內完全密封,同時要牢記屁股與馬桶坐墊的相對位置關系,以使肛門能准確地瞄准直徑為10厘米的中心孔。這一切都是為了確保大便能順利地被吸走,而不會從馬桶縫隙中飄出來。

  為此美國約翰遜航天中心專門設計了馬桶訓練器,在馬桶裡裝了一個攝像頭,航天員可以通過屏幕觀察和調整自己的屁股,找到瞄准精度最高的姿勢。

  蘇聯雖然在登月競賽中輸給了美國,但此後專注於空間站研發,在長期在軌駐留、環控生保系統等方面經驗豐富,造出的太空馬桶也更為精良。美國雖然也研制出太空馬桶,但效果不盡如人意。2007年,美國乾脆花費1900萬美元從俄羅斯訂購了一個太空馬桶,還表示這比自己研發的更劃算。不過後來,美國又重新開始了太空馬桶的研發,耗資超過1億美元。

  那些不堪回首的馬桶故障

  如此昂貴的太空馬桶,是不是就一定安全可靠呢?不。

  2008年5月21日,國際空間站俄羅斯艙段的馬桶出現故障,只能收納固體排泄物,液體處理不了。俄羅斯航天局緊急制造了替代品,請美國用6月初發射的『發現』號航天飛機捎了上去。

  2009年7月19日,美國艙段的馬桶也壞了,其原因是用來衝馬桶的6昇水錯誤地流入分離器以及其他地方。好在奮進號航天飛機對接在空間站上。包括空間站值守人員和奮進號乘組的13名航天員,不得不排隊去航天飛機上廁所。然而,航天飛機上的馬桶並非為頻繁使用而設計。為了保護這臺珍貴的『獨苗』,地面指揮中心對航天員排便做出了嚴格的限制:每兩次如廁需間隔6分鍾以上;使用3次後要停用30分鍾以上,以便系統冷卻。航天員們堅持了一個月,終於盼到下一班航天飛機送去了新馬桶。

  史上最不堪回首的馬桶故障,發生在1981年哥倫比亞號航天飛機首飛任務中。任務期間,馬桶堵了。航天員們坦然面對逆境,堅強地套上了大便收集袋。然而返程途中,報廢廁所中存儲的排泄物轉移到通風系統,如天女散花般噴湧而出,在艙內到處飄浮,場面極為慘烈。

  對於清除艙內雜物,航天員都接受過專門訓練。比如對於大塊固體,可以直接『抓捕』;液體需要用吸水紙等材料吸附。細微的顆粒或碎末比較麻煩,要等它們隨著艙內循環的氣流集中在風口濾網上,纔能清理乾淨。大家在這次大掃除中充分實踐了訓練內容,只不過所面對的,是他們在訓練時無論如何也沒有想到的清理目標。

  太空馬桶失靈,帶來的不只是衛生問題和感官刺激,甚至會威脅到航天員的健康。龐之浩介紹,美國已在空間站廁所中發現對抗生素具有高耐藥性的細菌菌株,它們有可能會進化成致病細菌,導致航天員患病。

  為了設計出更好的太空馬桶,今年6月,美國啟動了一項『月球廁所挑戰賽』活動,面向全球征集『月球廁所』設計方案,用於2024年的登月計劃。『月球廁所』必須滿足多項設計要求,比如能同時在微重力和月球重力環境下正常運作、兼容男性和女性使用者、可同時排尿和排便等。

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  沒有太空馬桶時,航天員怎麼『方便』

  人類在進行太空探索時,不可避免地會面臨排泄問題。在沒有太空馬桶的時候航天員是怎麼『方便』的呢?

  如果飛行任務時間不長倒還好說。例如2003年我國航天英雄楊利偉執行神舟五號任務時,在歷時21小時23分的飛行過程中,借助航天服內一個類似於尿不濕的小便收集裝置排便。該裝置可以通過吸水材料,把小便變成絮狀的固態物,並且能除臭,但對於大便則無能為力。

  隨著太空旅行時間逐漸延長,航天員的排泄問題不再是尿不濕所能解決。雖然航天員的食品經過專門處理,能在保證營養的同時,盡量減少消化後的遺留物,以降低大便次數和分量,但該有的總會有的。

  在早期載人航天活動中,航天員處理排泄物的方式較為奔放。

  20世紀60年代,美國實施阿波羅計劃時,航天員在太空還沒用上馬桶,大小便需分別使用收集裝置。其中大便收集袋擁有類似漏斗的圓形袋口,使用時要用它罩緊屁股,排入大便,再倒入殺菌劑,密封袋口後搖勻、揉捏,使內部物質充分混合。曾經,阿波羅10號乘組中不知哪位航天員的操作出了問題,以至於一枚大便華麗地飄入艙內,讓航天員們飽受驚嚇。有了這樣慘痛的經歷,後來完成登月的阿波羅航天員,紛紛將大便收集袋扔到了月球上。

  航天員對尿液的處理則更為簡單直接。在很長一段時間裡,他們都是將廢水直接排放到太空。後來這種行為被叫停,原因不僅是為了環保,還有其帶來的代價。2001年和平號空間站退役時,由於采用排出式浴室和廁所,太陽能電池板被尿和洗澡水層層包裹,效率損失了40%。尿液甚至還結成冰塊高速撞擊電池板,造成了不小的損失。

責任編輯:遲灝
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