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      天价马桶升空背后 是一部航天员的辛酸如厕史

      来源:科技日报2020-11-04 09:43

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        10月初,美国国家航空航天局(NASA)用天鹅座货运飞船将大约3.6吨物资和设备送到国际空间站。其中颇受瞩目的,是一个新马桶。

        没错,即使是高大上的航天员,也需要面对“屎尿屁”的“三俗”问题。

        不过换个角度说,即使是马桶,要进入到太空,也得变成高精尖的装备。

        全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向科技日报记者介绍,这台名为“通用废物管理系统”的新型太空马桶,耗资2300万美元、花费6年多时间研制,堪称史上最贵马桶。

        太空马桶为什么这么贵,航天员上厕所有多难?咱们来说道说道。

        天价太空马桶到底好在哪

        新型太空马桶重45公斤,高71厘米。庞之浩说,它的体积比目前空间站使用的马桶减少了65%,重量降低了40%,可以减少对国际空间站宝贵空间的占用,并可以集成到不同航天器的生命维持系统中。

        过去,国际空间站的马桶在设计上更适合男性使用。而新型马桶为了更好地适用于女航天员,在设计上有所改进,更符合人体工程学。其座位更高且略有倾斜。这使得女航天员可以坐在马桶上小便,用异形漏斗和软管吸尿。而此前女航天员小便需要借助其他专用设备。

        新型马桶采用了3D打印的钛合金风扇分离器,可以产生强大的吸力,将排泄物吸入马桶,确保它们不会乱飘。

        相比老式太空马桶,新马桶还有一个特点,打开马桶盖后,气流会自动喷出,从而控制异味的扩散。钛合金材料也大大提高了马桶的耐腐蚀性和耐久性,能节省更多的清洁和维护时间,让航天员可以将更多精力投入到科研和探索任务中,而不必为刷马桶这样的事情过度劳神。

        在太空里,水资源需要大量循环利用。据估算,航天员如果在太空生活1年,要喝掉700多升经过处理的尿液。新型马桶的尿液回收效率有了进一步提升,处理之后可以转变为饮用水的比重有所增加。其尿液净化功能是通过尿素生物反应器电化学系统来实现的,能将尿液中的尿素有效地转化为氨,然后将氨分解为水和能量。据称,这种将航天员排出的尿液进行循环利用、过滤净化得到的纯净水,比地球上任何水都要干净。

        庞之浩介绍,每年地面向国际空间站提供2200升饮用水的运输费用高达2200万美元,而且空间站的饮用水储存能力也有限。如果人类想离开近地轨道,进一步探索星际空间,水的补给将更加困难。新型太空马桶的设计目标,是在人类前往火星之前实现98%的液体回收率,此次将其运到国际空间站,也是为了进行试验。

        想用好马桶需开展专门训练

        要想熟练使用太空马桶,航天员需要开展专门的训练。排便时,他们要保证屁股紧贴坐垫边缘,让马桶内完全密封,同时要牢记屁股与马桶坐垫的相对位置关系,以使肛门能准确地瞄准直径为10厘米的中心孔。这一切都是为了确保大便能顺利地被吸走,而不会从马桶缝隙中飘出来。

        为此美国约翰逊航天中心专门设计了马桶训练器,在马桶里装了一个摄像头,航天员可以通过屏幕观察和调整自己的屁股,找到瞄准精度最高的姿势。

        苏联虽然在登月竞赛中输给了美国,但此后专注于空间站研发,在长期在轨驻留、环控生保系统等方面经验丰富,造出的太空马桶也更为精良。美国虽然也研制出太空马桶,但效果不尽如人意。2007年,美国干脆花费1900万美元从俄罗斯订购了一个太空马桶,还表示这比自己研发的更划算。不过后来,美国又重新开始了太空马桶的研发,耗资超过1亿美元。

        那些不堪回首的马桶故障

        如此昂贵的太空马桶,是不是就一定安全可靠呢?不。

        2008年5月21日,国际空间站俄罗斯舱段的马桶出现故障,只能收纳固体排泄物,液体处理不了。俄罗斯航天局紧急制造了替代品,请美国用6月初发射的“发现”号航天飞机捎了上去。

        2009年7月19日,美国舱段的马桶也坏了,其原因是用来冲马桶的6升水错误地流入分离器以及其他地方。好在奋进号航天飞机对接在空间站上。包括空间站值守人员和奋进号乘组的13名航天员,不得不排队去航天飞机上厕所。然而,航天飞机上的马桶并非为频繁使用而设计。为了保护这台珍贵的“独苗”,地面指挥中心对航天员排便做出了严格的限制:每两次如厕需间隔6分钟以上;使用3次后要停用30分钟以上,以便系统冷却。航天员们坚持了一个月,终于盼到下一班航天飞机送去了新马桶。

        史上最不堪回首的马桶故障,发生在1981年哥伦比亚号航天飞机首飞任务中。任务期间,马桶堵了。航天员们坦然面对逆境,坚强地套上了大便收集袋。然而返程途中,报废厕所中存储的排泄物转移到通风系统,如天女散花般喷涌而出,在舱内到处飘浮,场面极为惨烈。

        对于清除舱内杂物,航天员都接受过专门训练。比如对于大块固体,可以直接“抓捕”;液体需要用吸水纸等材料吸附。细微的颗粒或碎末比较麻烦,要等它们随着舱内循环的气流集中在风口滤网上,才能清理干净。大家在这次大扫除中充分实践了训练内容,只不过所面对的,是他们在训练时无论如何也没有想到的清理目标。

        太空马桶失灵,带来的不只是卫生问题和感官刺激,甚至会威胁到航天员的健康。庞之浩介绍,美国已在空间站厕所中发现对抗生素具有高耐药性的细菌菌株,它们有可能会进化成致病细菌,导致航天员患病。

        为了设计出更好的太空马桶,今年6月,美国启动了一项“月球厕所挑战赛”活动,面向全球征集“月球厕所”设计方案,用于2024年的登月计划。“月球厕所”必须满足多项设计要求,比如能同时在微重力和月球重力环境下正常运作、兼容男性和女性使用者、可同时排尿和排便等。

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        没有太空马桶时,航天员怎么“方便”

        人类在进行太空探索时,不可避免地会面临排泄问题。在没有太空马桶的时候航天员是怎么“方便”的呢?

        如果飞行任务时间不长倒还好说。例如2003年我国航天英雄杨利伟执行神舟五号任务时,在历时21小时23分的飞行过程中,借助航天服内一个类似于尿不湿的小便收集装置排便。该装置可以通过吸水材料,把小便变成絮状的固态物,并且能除臭,但对于大便则无能为力。

        随着太空旅行时间逐渐延长,航天员的排泄问题不再是尿不湿所能解决。虽然航天员的食品经过专门处理,能在保证营养的同时,尽量减少消化后的遗留物,以降低大便次数和分量,但该有的总会有的。

        在早期载人航天活动中,航天员处理排泄物的方式较为奔放。

        20世纪60年代,美国实施阿波罗计划时,航天员在太空还没用上马桶,大小便需分别使用收集装置。其中大便收集袋拥有类似漏斗的圆形袋口,使用时要用它罩紧屁股,排入大便,再倒入杀菌剂,密封袋口后摇匀、揉捏,使内部物质充分混合。曾经,阿波罗10号乘组中不知哪位航天员的操作出了问题,以至于一枚大便华丽地飘入舱内,让航天员们饱受惊吓。有了这样惨痛的经历,后来完成登月的阿波罗航天员,纷纷将大便收集袋扔到了月球上。

        航天员对尿液的处理则更为简单直接。在很长一段时间里,他们都是将废水直接排放到太空。后来这种行为被叫停,原因不仅是为了环保,还有其带来的代价。2001年和平号空间站退役时,由于采用排出式浴室和厕所,太阳能电池板被尿和洗澡水层层包裹,效率损失了40%。尿液甚至还结成冰块高速撞击电池板,造成了不小的损失。(付毅飞)

      [ 责编:武玥彤 ]
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