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空間站3個月,三名航天員如何上廁所?楊利偉曾穿尿不溼上太空

神舟十二號飛天,中國三名航天員將在天和核心艙駐留三個月,很多人就很關心,駐留太空3個月,三名航天員如何上廁所?

空間站3個月,三名航天員如何上廁所?楊利偉曾穿尿不溼上太空

宇航員如廁裝置發展史

其實,這個問題一直以來都曾困擾科學家,在早期航天發射中,例如在軌飛行一兩天,航天員一般透過在地面食用低殘渣飲食,發射前灌腸的方式來避免產生大便,直到阿波羅計劃,終於出現了糞便收集袋,宇航員將便袋口套在臀部上,糞便收集袋擁有漏斗狀的圓形口,再用膠布粘連進行排洩。使用完後還要往裡倒入殺菌劑,封好口後搖一搖,使裡面的東西混合。

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在阿波羅10號任務期間,阿波羅10號上共有3個宇航員,分別是指揮官(CDR)托馬斯·斯塔福德(Thomas P。 Stafford)、指揮艙駕駛員(CMP)約翰·楊(John W。 Young)、登月艙駕駛員(LMP)尤金·塞爾南(Eugene A。 Cernan)。

不知阿波羅10號中的哪位航天員操作出了問題,他們發現一坨糞便在身邊盤旋,這也讓阿波羅10號飛船成為世界上第一個被糞便襲擊的航天器。

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這可把三位航天員噁心得夠嗆。但是三人紛紛表示這坨糞便和自己無關,以下是來自解密檔案內充滿味道的無線電通訊記錄:

托馬斯:快給我張手紙,這裡有坨屎飄在空中!

約翰:不是我乾的,這坨屎不是俺的。

尤金:我也不覺得這坨屎是我的。

托馬斯:擦!老子拉得比這坨屎黏多了。快把那玩意兒扔遠點。

後來,執行阿波羅登月計劃的航天員紛紛把裝有排洩物的袋子扔到了月球上。

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那小便如何解決呢?小便早起透過尿不溼或收集袋來解決。後來和美國太空總署“總工程師”唐鑫源發明了宇航員的福音超強尿不溼。

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這種超強尿不溼使用了高分子材料作為吸水劑,吸水力驚人,攝水量少的話一條撐上一天都不成問題,市面上所售的多數的嬰兒尿不溼都拜唐鑫源所賜,可以說是技術下放最成功的例子之一。

當然也有輕鬆的方法,在蘇聯的空間站以及美國的太空梭裡,宇航員將尿液直接排放到太空中。這也可以讓他們欣賞到別樣的風景水在太空裡會迅速凍成冰晶,遇陽光照射會閃閃發光。

當然這樣做也會帶來麻煩。2001年俄羅斯和平號空間站退役時,由於採用排出式的浴室和廁所,太陽能電池板被尿液和洗澡水結成的冰塊層層包裹,發電效率損失了40%。並且冰塊還會高速撞擊太陽能電池板,給電池板造成損傷。

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太空抽氣馬桶成為主流

不過隨著航天員在軌時間延長,尤其是空間站的出現與不斷髮展,太空廁所成為空間站環境控制和生命保障系統的重要組成部分。這個時候太空馬桶就出來了。如美國在“天空實驗室”中,在艙壁上設有側孔式廁所,大便時將臀部塞入便座中,雙手抓住兩邊的把手,以免身體飄飛。大便用氣流抽入一個袋中,水份和氣體經過濾網進入容器中處理,固體物質則由便袋收集,隨後處理。

而有了女航天員,太空如廁也有了新變化。美國航宇局為在太空梭上設定男女都適用的馬桶,對女性的小便過程進行了深入細微的研究。他們聘用了幾名自願幫忙的女性,演示了排尿的全過程,然後對過程的錄影進行研究,研製了男女共用的太空抽氣馬桶。

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太空抽氣馬桶因為技術難度非常高,曾經被美國視作最高國家機密。

宇航員大小便時,將臀部坐在便座上,馬桶蓋自動開啟,然後將固定帶系在腰間,以防止身體飄浮,為保險起見,在馬桶的一邊還設有把手。小便經導管被吸走,大便則經吸嘴由空氣吸走。在把手的下方有一個控制桿,扭動控制桿可調節吸嘴的空氣流量,部分糞便進入樣品收集袋,經冷凍貯存,最後帶回地面,供化驗研究之用。屎尿的臭氣經過濾器排除。

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便後起身,馬桶蓋自動封閉,裡面形成真空,糞便迅速乾燥,固體部分定期拋到艙外,讓其進入大氣層中燒燬。

學習使用太空抽氣馬桶對每一個航天員而言都是一段“有趣”的經歷。因為太空馬桶大便容器中間孔的直徑只有10釐米,因為太大會導致密封性太差,排洩物可能會逸出,太小則會增加操作難度,宇航員必須要將鞋、下肢分別固定,將身體貼緊馬桶邊緣,甚至要將肛門直接對準馬桶直徑10釐米的收集孔,美國約翰遜航天中心還設計了攝像系統,航天員如廁時候可以透過監控電視檢查自己是否對準中央孔。對準之後只需要開啟真空抽風機,排洩物就會乖乖被帶走。

而小便則不太一樣,宇航員在小便時可以用小真空吸塵器和一個套囊,將尿液吸到一個尿收集袋中。男性航天員的小便器是漏斗狀的,女性航天員的小便器是在一個軟管上接著一個特殊的橡皮容器,它可壓在女性航天員的面板上。

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從2009年開始,國際空間站裝備了一套NASA研製的尿液迴圈機,收集航天員的小便,在其中加入化學消毒劑,再透過離心蒸餾回收其中85%的水分。這些蒸餾水會和其他航天員產生的生活廢水流回水處理系統的45升水箱,進一步在其中被淨化為超過地球上各國飲用水標準的純淨水,據測算,尿迴圈系統每小時可以回收6升水,相當於節約了近10萬美元。美國航天局尿液處理工程師Jennifer Pruitt認為處理得到的純淨水比地球上任何水都乾淨!

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在航天器中用來大便的抽氣馬桶,另外一個功能就是方便。屁中的氫氣和甲烷等成分是可燃氣體,嚴重時可引起爆炸,此外,屁的反作用力還可能把人推走。因此很多時候,航天員放屁也需要用抽氣馬桶解決。

前兩年美國又對馬桶進行了升級,這款新的馬桶價值1。529億人民幣,集合了當前最先進的技術。

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天和核心艙如何解決航天員如廁難題

在神舟五號任務時期,楊利偉也是穿得尿不溼,其實神舟五號上有廁所,但是楊利偉只有一個人,沒有辦法上,這個尿不溼可以透過吸水材料,把小便變成絮狀的固態物,並且能除臭

而到了神舟九號之後,中國航天科技集團公司第五研究院第513研究所打破了美蘇的技術壟斷,成功研製了太空馬桶,天和核心艙的太空馬桶根據男女航天員的不同生理結構特點設計,可以在風機作用下,產生穩定、可靠的氣體流場,能夠使排洩物克服微重力影響完成收集,並實現對大便排洩物的抽真空封裝儲存等後處理流程,解決了排洩物細菌滋生和長期貯存的難題,提高了宇航員在軌的生活品質。

空間站3個月,三名航天員如何上廁所?楊利偉曾穿尿不溼上太空

此次天和核心艙也有環控生保尿處理子系統及電解水淨化器等元件,天和核心艙處理子系統採用蒸汽壓縮蒸餾技術將預處理後的尿液進行旋轉蒸餾,收集到的水蒸氣冷凝後形成蒸餾水,然後將蒸餾水輸出給水處理子系統進行深度淨化處理,從而把尿液中的水分重新提取利用,在真正實現空間站水資源迴圈利用的同時減輕了貨運飛船的載荷負擔,大大降低了空間站運營成本。

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在單一工作週期內,尿處理子系統能夠從6升尿液中提出5升的蒸餾水,且經過淨化的再生水超出國家衛生標準,完全可以滿足在空間站中長期駐留的航天員清潔、製氧等多種用途。