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天价马桶送到空间站背后是一部航天员的辛酸如厕史

来源：科技日报

2020-11-04 07:27:45

　　天价马桶升空背后是一部航天员的辛酸如厕史

　　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。

　　相关链接

　　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。

责任编辑：刘云

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