10月初，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)用天鵝座貨運(yùn)飛船將大約3.6噸物資和設(shè)備送到國(guó)際空間站。其中頗受矚目的，是一個(gè)新馬桶。
沒(méi)錯(cuò)，即使是高大上的航天員，也需要面對(duì)“屎尿屁”的“三俗”問(wèn)題。
不過(guò)換個(gè)角度說(shuō)，即使是馬桶，要進(jìn)入到太空，也得變成高精尖的裝備。
全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，這臺(tái)名為“通用廢物管理系統(tǒng)”的新型太空馬桶，耗資2300萬(wàn)美元、花費(fèi)6年多時(shí)間研制，堪稱史上最貴馬桶。
太空馬桶為什么這么貴，航天員上廁所有多難?咱們來(lái)說(shuō)道說(shuō)道。
天價(jià)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(shuō)，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(duì)國(guó)際空間站寶貴空間的占用，并可以集成到不同航天器的生命維持系統(tǒng)中。
過(guò)去，國(guó)際空間站的馬桶在設(shè)計(jì)上更適合男性使用。而新型馬桶為了更好地適用于女航天員，在設(shè)計(jì)上有所改進(jìn)，更符合人體工程學(xué)。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(shè)備。
新型馬桶采用了3D打印的鈦合金風(fēng)扇分離器，可以產(chǎn)生強(qiáng)大的吸力，將排泄物吸入馬桶，確保它們不會(huì)亂飄。
相比老式太空馬桶，新馬桶還有一個(gè)特點(diǎn)，打開(kāi)馬桶蓋后，氣流會(huì)自動(dòng)噴出，從而控制異味的擴(kuò)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(jié)省更多的清潔和維護(hù)時(shí)間，讓航天員可以將更多精力投入到科研和探索任務(wù)中，而不必為刷馬桶這樣的事情過(guò)度勞神。
在太空里，水資源需要大量循環(huán)利用。據(jù)估算，航天員如果在太空生活1年，要喝掉700多升經(jīng)過(guò)處理的尿液。新型馬桶的尿液回收效率有了進(jìn)一步提升，處理之后可以轉(zhuǎn)變?yōu)轱嬘盟谋戎赜兴黾?。其尿液凈化功能是通過(guò)尿素生物反應(yīng)器電化學(xué)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，能將尿液中的尿素有效地轉(zhuǎn)化為氨，然后將氨分解為水和能量。據(jù)稱，這種將航天員排出的尿液進(jìn)行循環(huán)利用、過(guò)濾凈化得到的純凈水，比地球上任何水都要干凈。
龐之浩介紹，每年地面向國(guó)際空間站提供2200升飲用水的運(yùn)輸費(fèi)用高達(dá)2200萬(wàn)美元，而且空間站的飲用水儲(chǔ)存能力也有限。如果人類想離開(kāi)近地軌道，進(jìn)一步探索星際空間，水的補(bǔ)給將更加困難。新型太空馬桶的設(shè)計(jì)目標(biāo)，是在人類前往火星之前實(shí)現(xiàn)98%的液體回收率，此次將其運(yùn)到國(guó)際空間站，也是為了進(jìn)行試驗(yàn)。
想用好馬桶需開(kāi)展專門訓(xùn)練
要想熟練使用太空馬桶，航天員需要開(kāi)展專門的訓(xùn)練。排便時(shí)，他們要保證屁股緊貼坐墊邊緣，讓馬桶內(nèi)完全密封，同時(shí)要牢記屁股與馬桶坐墊的相對(duì)位置關(guān)系，以使肛門能準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)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(huì)從馬桶縫隙中飄出來(lái)。
為此美國(guó)約翰遜航天中心專門設(shè)計(jì)了馬桶訓(xùn)練器，在馬桶里裝了一個(gè)攝像頭，航天員可以通過(guò)屏幕觀察和調(diào)整自己的屁股，找到瞄準(zhǔn)精度最高的姿勢(shì)。
蘇聯(lián)雖然在登月競(jìng)賽中輸給了美國(guó)，但此后專注于空間站研發(fā)，在長(zhǎng)期在軌駐留、環(huán)控生保系統(tǒng)等方面經(jīng)驗(yàn)豐富，造出的太空馬桶也更為精良。美國(guó)雖然也研制出太空馬桶，但效果不盡如人意。2007年，美國(guó)干脆花費(fèi)1900萬(wàn)美元從俄羅斯訂購(gòu)了一個(gè)太空馬桶，還表示這比自己研發(fā)的更劃算。不過(guò)后來(lái)，美國(guó)又重新開(kāi)始了太空馬桶的研發(fā)，耗資超過(guò)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(guó)際空間站俄羅斯艙段的馬桶出現(xiàn)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(qǐng)美國(guó)用6月初發(fā)射的“發(fā)現(xiàn)”號(hào)航天飛機(jī)捎了上去。
2009年7月19日，美國(guó)艙段的馬桶也壞了，其原因是用來(lái)沖馬桶的6升水錯(cuò)誤地流入分離器以及其他地方。好在奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)對(duì)接在空間站上。包括空間站值守人員和奮進(jìn)號(hào)乘組的13名航天員，不得不排隊(duì)去航天飛機(jī)上廁所。然而，航天飛機(jī)上的馬桶并非為頻繁使用而設(shè)計(jì)。為了保護(hù)這臺(tái)珍貴的“獨(dú)苗”，地面指揮中心對(duì)航天員排便做出了嚴(yán)格的限制：每?jī)纱稳鐜栝g隔6分鐘以上;使用3次后要停用30分鐘以上，以便系統(tǒng)冷卻。航天員們堅(jiān)持了一個(gè)月，終于盼到下一班航天飛機(jī)送去了新馬桶。
史上最不堪回首的馬桶故障，發(fā)生在1981年哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)首飛任務(wù)中。任務(wù)期間，馬桶堵了。航天員們坦然面對(duì)逆境，堅(jiān)強(qiáng)地套上了大便收集袋。然而返程途中，報(bào)廢廁所中存儲(chǔ)的排泄物轉(zhuǎn)移到通風(fēng)系統(tǒng)，如天女散花般噴涌而出，在艙內(nèi)到處飄浮，場(chǎng)面極為慘烈。
對(duì)于清除艙內(nèi)雜物，航天員都接受過(guò)專門訓(xùn)練。比如對(duì)于大塊固體，可以直接“抓捕”;液體需要用吸水紙等材料吸附。細(xì)微的顆?；蛩槟┍容^麻煩，要等它們隨著艙內(nèi)循環(huán)的氣流集中在風(fēng)口濾網(wǎng)上，才能清理干凈。大家在這次大掃除中充分實(shí)踐了訓(xùn)練內(nèi)容，只不過(guò)所面對(duì)的，是他們?cè)谟?xùn)練時(shí)無(wú)論如何也沒(méi)有想到的清理目標(biāo)。
太空馬桶失靈，帶來(lái)的不只是衛(wèi)生問(wèn)題和感官刺激，甚至?xí){到航天員的健康。龐之浩介紹，美國(guó)已在空間站廁所中發(fā)現(xiàn)對(duì)抗生素具有高耐藥性的細(xì)菌菌株，它們有可能會(huì)進(jìn)化成致病細(xì)菌，導(dǎo)致航天員患病。
為了設(shè)計(jì)出更好的太空馬桶，今年6月，美國(guó)啟動(dòng)了一項(xiàng)“月球廁所挑戰(zhàn)賽”活動(dòng)，面向全球征集“月球廁所”設(shè)計(jì)方案，用于2024年的登月計(jì)劃。“月球廁所”必須滿足多項(xiàng)設(shè)計(jì)要求，比如能同時(shí)在微重力和月球重力環(huán)境下正常運(yùn)作、兼容男性和女性使用者、可同時(shí)排尿和排便等。
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沒(méi)有太空馬桶時(shí)，航天員怎么“方便”
人類在進(jìn)行太空探索時(shí)，不可避免地會(huì)面臨排泄問(wèn)題。在沒(méi)有太空馬桶的時(shí)候航天員是怎么“方便”的呢?
如果飛行任務(wù)時(shí)間不長(zhǎng)倒還好說(shuō)。例如2003年我國(guó)航天英雄楊利偉執(zhí)行神舟五號(hào)任務(wù)時(shí)，在歷時(shí)21小時(shí)23分的飛行過(guò)程中，借助航天服內(nèi)一個(gè)類似于尿不濕的小便收集裝置排便。該裝置可以通過(guò)吸水材料，把小便變成絮狀的固態(tài)物，并且能除臭，但對(duì)于大便則無(wú)能為力。
隨著太空旅行時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，航天員的排泄問(wèn)題不再是尿不濕所能解決。雖然航天員的食品經(jīng)過(guò)專門處理，能在保證營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)，盡量減少消化后的遺留物，以降低大便次數(shù)和分量，但該有的總會(huì)有的。
在早期載人航天活動(dòng)中，航天員處理排泄物的方式較為奔放。
20世紀(jì)60年代，美國(guó)實(shí)施阿波羅計(jì)劃時(shí)，航天員在太空還沒(méi)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(shí)要用它罩緊屁股，排入大便，再倒入殺菌劑，密封袋口后搖勻、揉捏，使內(nèi)部物質(zhì)充分混合。曾經(jīng)，阿波羅10號(hào)乘組中不知哪位航天員的操作出了問(wèn)題，以至于一枚大便華麗地飄入艙內(nèi)，讓航天員們飽受驚嚇。有了這樣慘痛的經(jīng)歷，后來(lái)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(duì)尿液的處理則更為簡(jiǎn)單直接。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，他們都是將廢水直接排放到太空。后來(lái)這種行為被叫停，原因不僅是為了環(huán)保，還有其帶來(lái)的代價(jià)。2001年和平號(hào)空間站退役時(shí)，由于采用排出式浴室和廁所，太陽(yáng)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(jié)成冰塊高速撞擊電池板，造成了不小的損失。
