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| 本文作者： 付靜 | 2020-10-21 18:03 |
美劇《生活大爆炸》里的一個(gè)情節(jié)是，霍華德給空間站設(shè)計(jì)的「太空馬桶」因?yàn)槌霈F(xiàn)故障坑慘了宇航員。那么問(wèn)題來(lái)了：
現(xiàn)實(shí)生活中，宇航員在太空如何上廁所呢？
其實(shí)，在太空上廁所堪稱(chēng)一道宇宙級(jí)難題，畢竟幾乎零重力的環(huán)境下再也不能像在地球上那樣馬桶沖水了，甚至于還可能出現(xiàn)尷尬的「太空飛翔」場(chǎng)面。
為了保證宇航員們?cè)谔找材軆?yōu)雅地解決內(nèi)急，NASA 前不久向國(guó)際空間站發(fā)射的一艘無(wú)人駕駛飛船上，搭載了一款重要的設(shè)備——一個(gè)價(jià)值 2300 萬(wàn)美元（約合人民幣 1.5 億元）的天價(jià)馬桶。
就長(zhǎng)上面這樣，看著還挺硬核！
其實(shí)，這個(gè)全宇宙最昂貴的馬桶代表了 NASA 地外盥洗設(shè)備的最新技術(shù)進(jìn)展，而且男女皆可使用。
早在 2015 年底，NASA 就開(kāi)始了「天價(jià)馬桶」的采購(gòu)計(jì)劃，「天價(jià)馬桶」集成和國(guó)際空間站應(yīng)用計(jì)劃也是在 2015 年就開(kāi)始了。
當(dāng)時(shí)的計(jì)劃是，「天價(jià)馬桶」在 2020 年作為技術(shù)演示有效載荷現(xiàn)身國(guó)際空間站，將包含尿液預(yù)處理劑量泵/預(yù)處理質(zhì)量指示裝置，不僅要解決宇航員們的內(nèi)急問(wèn)題，還可以在太空實(shí)現(xiàn)水回收。
如果能達(dá)到預(yù)期效果，「天價(jià)馬桶」也將成為 Artemis 重返月球計(jì)劃的一部分有效載荷，之后還將用于各類(lèi)短期、長(zhǎng)期的 NASA 太空任務(wù)。
NASA 與各地太空中心共同開(kāi)展了這項(xiàng)工作，馬桶本身的造價(jià)也是達(dá)到了 2300 萬(wàn)美元（約合人民幣 1.5 億元）。
太空馬桶，想想就覺(jué)得制造起來(lái)不容易，但這么貴有道理嗎？
當(dāng)?shù)貢r(shí)間 2020 年 10 月 6 日，NASA 官方 po 出的一段視頻中，一位美國(guó)宇航員 Chris Cassidy 帶著觀眾參觀了馬桶和“廢物衛(wèi)生隔間”（WHC），并向大眾解釋?zhuān)谔罩邢肷蠋男那楹偷厍蛏弦幻粯印＞拖袷窃谡f(shuō)，這款太空馬桶即使貴，也貴的值得！
那么，「天價(jià)馬桶」貴在哪？
先來(lái)看看尺寸，它重約 100 磅（45 公斤），高 28 英寸（71 厘米），實(shí)際上這種設(shè)計(jì)考慮到的一個(gè)因素是：未來(lái)用于將人送往火星的“獵戶(hù)座”（Orion）太空艙內(nèi)空間有限，馬桶不能設(shè)計(jì)得太大。
目前國(guó)際空間站上有 2 個(gè)俄羅斯設(shè)計(jì)的馬桶（如下圖），但這次的「天價(jià)馬桶」大小上要比它們小 65%，輕 40%，而且更為節(jié)能。
正如這一項(xiàng)目的經(jīng)理 Melissa McKinley 在此前的新聞發(fā)布會(huì)所說(shuō)的：
航天器上的空間和能量極為寶貴，這些優(yōu)化可以在很多方面有所幫助。
「天價(jià)馬桶」的官方稱(chēng)呼是：通用廢物處理系統(tǒng)（Universal Waste Management System），這個(gè)名字實(shí)際上反映出了它的工作原理。
事實(shí)上，所有太空馬桶都依賴(lài)于一個(gè)重要的東西：吸力。微重力環(huán)境下一切都會(huì)漂浮，為避免“艙內(nèi)流星雨”的尷尬狀況，這一系統(tǒng)可利用吸力防止排泄物溢出。
宇航員在小便時(shí)，要使用附在軟管（如下圖）上的漏斗，軟管可通過(guò)風(fēng)扇將尿液拉入水箱。
而在大便時(shí)，宇航員要坐在一個(gè)槽上面，通過(guò)風(fēng)扇將糞便拉入收集袋。同時(shí)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為大便場(chǎng)景還專(zhuān)門(mén)配備了一個(gè)可移動(dòng)的“廢物壓實(shí)機(jī)”——宇航員把收集袋密封好之后，推入下方的一個(gè)罐中，直到罐子裝滿(mǎn)為止。裝滿(mǎn)后，便便會(huì)與其他垃圾一起丟棄到外層空間。
NASA 的錢(qián)還花在了一項(xiàng) 3D 打印的鈦金屬特殊裝置上。這一裝置主要的特點(diǎn)就是耐酸，因?yàn)橐纸饽蛞褐械某练e物需要高酸性溶液，這一設(shè)計(jì)有助于幫助對(duì)尿液預(yù)處理再回收利用的過(guò)程。
值得一提的是，宇航員用酸來(lái)處理尿液，可以轉(zhuǎn)化成自己的飲用水！emmm...
整體而言，相比此前，新馬桶的舒適度和性能自然都大大提升了：
為了更好地適應(yīng)女性的身體結(jié)構(gòu)，排尿漏斗和外觀也都進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)。
新馬桶采用了傾斜坐墊，也比以前更適合收集更多的廢物。
新馬桶是全自動(dòng)的，而此前需要宇航員翻轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)才能啟動(dòng)。
可以說(shuō)，上太空難，在太空上廁所比上太空還難。
正如阿波羅 11 號(hào)指令艙駕駛員 Michael Collins 曾表示，媒體記者狂轟濫炸地問(wèn)在太空孤獨(dú)一人的感覺(jué)如何，但我希望他們問(wèn)我：你在太空里怎么上廁所？
提到 Alan Shepard 這個(gè)名字，航天愛(ài)好者可能脫口而出：
他 1961 年 5 月 5 日乘坐“自由 7 號(hào)”宇宙飛船遨游太空，是美國(guó)第一位進(jìn)入太空的宇航員，美國(guó)總統(tǒng)克林頓曾稱(chēng)贊他是美國(guó)最偉大的宇航員之一。
沒(méi)錯(cuò)，但當(dāng)年還發(fā)生了一個(gè)小插曲——火箭即將發(fā)射之際，Alan Shepard 弱弱地表示：想尿尿怎么辦，在線(xiàn)等挺急的！
最后經(jīng)組織決定，Alan Shepard 先關(guān)掉宇航服內(nèi)的監(jiān)測(cè)儀器，直接尿在宇航服里，尿液通過(guò)氧氣循環(huán)系統(tǒng)風(fēng)干。
之后的任務(wù)中，宇航員們也只能通過(guò)隨身綁袋子、管子來(lái)解決內(nèi)急，但這并不是一個(gè)好的解決辦法，泄漏問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。
1969 年 7 月，人類(lèi)首次登上月球，背后有一個(gè)人的功勞——“太空衣之父”唐鑫源。
曾為美國(guó)空軍設(shè)計(jì)高分子材料的唐鑫源，作為美國(guó)太空總署太空飛行中心材料研究所所長(zhǎng)，負(fù)責(zé)當(dāng)時(shí)太空服的改良研發(fā)。最終，綜合月球溫度和各種可能出現(xiàn)的極端情況，唐鑫源研制出了一種有強(qiáng)力吸水性的「紙尿褲」，解決了宇航員的小便問(wèn)題。
就長(zhǎng)下面這樣，后來(lái)紙尿褲從航天領(lǐng)域走向民用，所以說(shuō)唐鑫源是名副其實(shí)的“紙尿褲之父”，曾獲美國(guó)總統(tǒng)頒贈(zèng)的領(lǐng)袖獎(jiǎng)?wù)乱灿猩习賯€(gè)。
但如果宇航員想要大便，只能通過(guò)原始的隨身綁袋子的方法解決。一個(gè)傳言是：
為了飛船返航時(shí)減輕重量，宇航員們?cè)谠虑蛏狭粝铝?96 袋便便、尿液和嘔吐物。而將“地球垃圾”帶回來(lái)，就是美國(guó) Artemis 重返月球計(jì)劃的任務(wù)之一。
科技不斷進(jìn)步，紙尿褲自然不是長(zhǎng)久之計(jì)。
1970 年代，美國(guó)第一次在航天器上安裝一種類(lèi)似于馬桶的簡(jiǎn)易裝置，僅包含一個(gè)吸水軟管和一個(gè)漏斗。
2009 年，美國(guó)花費(fèi) 2.5 億美元制造了尿液凈化器，并將其首次發(fā)射至國(guó)際空間站。
而在我國(guó)的神舟六號(hào)飛船上，當(dāng)時(shí)也是裝備了自研的航天馬桶，原理和上述的「天價(jià)馬桶」類(lèi)似。
搭載「天價(jià)馬桶」上天的飛船，正是于美東時(shí)間 10 月 2 日晚在美國(guó)弗吉尼亞州發(fā)射的天鵝座飛船 （Cygnus spacecraft）。
天鵝座飛船是美國(guó)軌道科學(xué)公司應(yīng) NASA 商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)發(fā)展計(jì)劃開(kāi)發(fā)的無(wú)人駕駛補(bǔ)給飛船，其主要目的就是向國(guó)際空間站補(bǔ)給物資。
作為 2020 年全球第 6 艘飛抵國(guó)際空間站的貨運(yùn)飛船，此次天鵝座不僅帶了馬桶“上天”，還搭載了各類(lèi)科學(xué)研究、技術(shù)演示和商業(yè)產(chǎn)品，可謂黑科技滿(mǎn)滿(mǎn)。
天鵝座飛船上的有效載荷主要包括：
識(shí)別靶向癌癥療法：基于治療白血病的 mRNA 藥物，利用微重力環(huán)境，篩選、測(cè)試用于癌癥免疫治療的癌選擇性信使 RNA 。
在太空沙拉中添加蘿卜：先前已經(jīng)在空間站上種植了不同類(lèi)型的植物，新的作物此次也將進(jìn)入空間站，旨在增加太空食品的生產(chǎn)方法，為月球和火星任務(wù)做準(zhǔn)備。
太空漫步 VR 相機(jī)：一種 360 度定制相機(jī)，以沉浸式 VR 方式記錄空間站上的生活和研究。
利用廢物產(chǎn)生能量和水：通過(guò)電化學(xué)技術(shù)闡明氨電化學(xué)氧化機(jī)理，考察微重力下氨氧化的過(guò)程，有利于開(kāi)發(fā)月球和火星長(zhǎng)期任務(wù)的水回收系統(tǒng)，并為地球上偏遠(yuǎn)和干旱的地區(qū)提供飲用水。
開(kāi)放空間站營(yíng)業(yè)：NASA 要為空間站實(shí)現(xiàn)商業(yè)活動(dòng)、發(fā)展低軌經(jīng)濟(jì)做努力。通過(guò)展示在太空中進(jìn)行商業(yè)活動(dòng)的價(jià)值，幫助催化、擴(kuò)展企業(yè)在太空探索市場(chǎng)。
引用來(lái)源：
https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/ng14-research-highlights
https://zhuanlan.zhihu.com/p/64068669
雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)
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