这是一篇有味道的科普文:太空内急怎么救?

来源:科普中国发布时间:2020-02-06

还有航天器中尿液处理后还当饮用水喝的事儿哦!

  登上过礼炮7号空间站的航天员列别杰夫曾在航天飞行日记中写道:“在太空中处理自己的大小便,可不像人们想象中的那么简单和容易……上厕所就好像坐在扫帚上的魔女。”

  是什么样的体验让列别杰夫这样形容太空上厕所呢?在太空又是如何上厕所的呢?

  在载人航天飞行中,大小便的收集处理是废物处理中非常重要的内容,如果处理不当,会影响航天员的身心状态以及工作效率,航天器内环境质量和航天员的健康安全,甚至当次航天任务是否能够完成。

  那么,航天器中是如何为航天员们解决内急问题的呢?实际上,废物收集处理技术也随着需求不断地改革和创新,并且逐步地达到更加洁净和舒适的效果。

  美国的水星号飞船仅执行单人28小时的飞行任务,因此,不考虑大便收集。并且在飞行前3天,航天员就开始吃低残渣食物,这样,执行任务的时候就不会排大便了。当然,为了防止意外情况,水星号飞船上还是会准备一个大便收集袋的。

  

  航天员约翰·格伦在水星号飞船中

  由于水星号在飞行过程中不允许航天员脱下航天服,航天员会使用一个十分简单的尿液收集系统完成废物收集处理。它一直穿戴在航天员身上,靠直接接触密封。排尿时,通过快速断接器与尿液收集袋连接,便后放入储存器中,飞船返回时带回地面。

  

  身穿航天服的水星号航天员瓦尔特·施艾拉

  双子星座号任务时期,由于需要进行两人14天的飞行,工程人员对尿液收集系统进行了必要改进,能够将尿液定期排到舱外,只带少量分析用的样品回到地面。

  对于大便,双子星座飞船配置了一个塑料收集袋。袋口有粘胶,使用时手动将收集袋袋口与臀部粘贴,形成密封。便后再手动密封,并与事先放在袋内的杀菌剂撮合,存放在废物箱中。

  

  航天员托马斯·斯塔福德在双子星座9A号飞船中

  阿波罗飞船的废物收集方法与双子星座飞船基本相似,为了出舱活动和应急飞行,还研制了能收集大便的弹性内裤。这种内裤在臀部有吸湿性良好的垫片,能够吸收大便中的湿气,产生的臭气通过航天服的通风循环系统消除,收集后的小便则通过大腿处的断接器排到废水箱。

  可以看到,这三种方式的收集装置都与人体长期接触,会产生不适,并且手动操作费时费力,还容易污染空气,影响航天员的身心健康。于是,在天空实验室中,对废物收集处理系统进行了较大的变革。

  天空实验室首次采用气流输送大小便和离心式分离技术。大便和尿液经水气分离后,在空气流作用下送到收集器贮箱。而输送过大小便的空气流经过杀菌、除臭、过滤后送回座舱,形成了一个废气净化的循环,整个收集过程实现了半自动化。

  

  天空实验室废物收集和处理装置

  美国在航天飞机上对废物管理系统又进行了改进和完善。它的个人卫生处理站上有坐便器,航天员排便后打开阀门,能够把便桶压真空,对大便进行真空干燥。再通过旋转式叶片压实器定期将干燥过的大便压实,减少废物占用的空间。

  

  航天飞机上的个人卫生处理站

  

  旋转式叶片压实器

  另外,离心式水气分离器产生的气流能够收集和输送尿液,并将所有废气废液进行水气分离。废水将被送到贮箱贮存,废气净化后会送回座舱。航天飞机中的尿收集器也按照性别进行了不同的设计,方便航天员的使用。后来,这套系统的改进型还被应用在了国际空间站中。

  

  尿收集器

  那么,我们常常听说,航天器中尿液处理后还当饮用水喝的事情是真的吗?这还得从苏联的生物卫星上说起。那时,生物卫星上的小狗,它的大小便使用气流输送,这项技术起点高,经济适用。

  

  坐在座舱内的小狗莱卡

  短期飞行的苏联东方号飞船只简单设置了尿收集系统。后来在和平号、礼炮号空间站上,对尿液进行了回收处理和再利用。所以,苏联是较早进行尿液回收再利用的国家。

  我国的神舟飞船吸收了联盟号飞船废物收集系统的技术经验,采用半自动的废物收集和处理系统。大小便时,航天员通过操作三通阀,同时或分别进行大小便操作。首先,将大小便收集装置固定在支座上,航天员与之相对固定。开启除臭装置风机后,即可便溺。大便通过高压风机产生的气流送入大便收集器的袋子中,之后经过密封再投入废物收集筒内。

  

  神舟飞船半自动废物收集和处理系统实物图

  尿液同样被气流输送,进入尿液贮箱与吸水材料接触。这样,液体就被吸水材料吸附固定住了,废气则进入除臭装置,经过净化后再送回座舱。单独小便时,尿液在风机气流作用下进入尿收集罐,实现微重力下的收集和储存。

  除了飞船上,我国航天员的航天服内还设置了直接接触式小便收集袋和大便收集装置,可以像短裤那样穿在身上,用于身着航天服的航天员在飞行阶段收集大小便。

  

  我国航天服内设置了大小便收集装置

  随着科技的发展,今后的太空如厕必将出现更丰富更有效的解决方式。小伙伴们,是不是对太空生活更加充满信心和期待了呢?

  参考文献/《飞天英雄》

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