NASA花2300万美金打造太空马桶，真的不亏

NASA用2300万美元重金打造的太空马桶。本文来自微信公众号：环球科学（ID：huanqiukexue），作者：张和持，原标题《太空中厕所爆炸是一种怎样的体验？》，题图来自：NASA

享受着稳定重力恩惠的地球人总是对太空中的失重生活充满好奇。不过，航天器中并不只有高端的科学研究，宇航员同样也要面对吃喝拉撒的生存难题。在数百千米高的失重环境下，大小便难道只能在空中自由飞舞吗？

初次太空任务的尴尬

时间回到1961年，NASA 正准备将美国首位宇航员艾伦·谢泼德（Alan Shepard）送上天。这次亚轨道飞行任务只有短短15分钟，所以并没有考虑到生理问题。但他们还是过于天真了。发射当天，任务延迟了数个小时，谢泼德只得穿着臃肿的宇航服在一旁随时待机。没过多久他就忍不住，于是就发生了如下对话：

--Gordo! 戈多！（指地面控制中心的Gordon Cooper）

--Go, Alan.上吧，艾伦。

--Man, I got to pee.老兄，我快忍不住尿了。

--You what?你说什么？

--You heard me. I've got to pee. I've been up here forever.我说，我快忍不住尿了。我在这等了一辈子了。

谢泼德正在穿上宇航服。（图片来源：NASA）

宇航服设计复杂，内部集成着众多线路，而液体很有可能导致短路。地面中心别无他法，只能暂时关闭宇航服里的相关线路，随后才允许谢泼德尿在了裤子里。

不幸中的万幸，厚重的宇航服吸收掉了所有的液体；而持续向宇航服泵入的氧气很快就把它吹干了。几个小时后，火箭发射升空。不知道谢泼德遥望美丽景色时，是否还如鲠在喉。

太空“纸尿裤”

虽然这次只是意外，但随后有备而来的太空任务，也不见得有多么“方便”。阿波罗计划在短短几年时间里数次成功造访月球，其中的宇航员要想小便，却只能戴着一种像是安全套的装置，其末端通过软管将尿液排到舱外。这种装置本来是用在小便失禁或者是手脚不便的病人身上的。

将小便排到舱外也是无奈之举，毕竟，除了少部分带回地球分析的样本，飞船无法容纳如此多的废物。不过，这却造就了一出奇观：当液体出舱的一瞬间，它们会立刻冷却为无数冰晶小颗粒。难怪阿波罗9号宇航员拉塞尔·施韦卡特（Russell Schweickart）会说：“地球轨道上最美丽的风景，就是黄昏时分排放出舱的尿液。”

可惜没有照片记录下这神奇的光景，读者只好自行想象了。

直接排出尿液也并不是万全之策。1984年，“发现”号太空飞船的尿液排放系统出现故障，管道外围结起了巨大的冰柱。宇航员们及时用机械臂将其弄碎，因而并没有损伤到船体。但之后的6天，他们就再也不能用这个系统来小便了。

小便也不能憋着吧。不过他们不必像谢泼德那样尿裤子了。从上世纪80年代开始，NASA研发了一系列在太空中使用的纸尿裤。最初是用于女性航天员，因为显然上述排尿方式不再适用了。

太空纸尿裤（图片来源：Smithsonian）

后来发现这玩意儿真方便，于是也用于起飞、太空行走等特殊情况。这种材料可以吸收其自身质量300倍的水，即使10个小时换一次也没关系，所以Howard可以安心了。

生活大爆炸S05E24

1963年的一次任务中，宇航员戈登·库珀（Gordon Cooper，没错，就是之前跟谢泼德对话的那个戈多）的宇航服中尿袋破了。尿液渗入了周围的电子元件，导致设备失灵，库珀只得手动操作。要是那个时候就有先进的纸尿布，或许就不会有这样危险的情况了。

短期来看，排尿的问题似乎已经解决了。可是如果要长期在空间站居住，或者前往火星长途旅行，就不能让水越喝越少。今天的空间中使用的循环系统能将大部分尿液以及空气中的水蒸气搜集，净化。

生活大爆炸E06S01

NASA称，他们的过滤出的水，比美国的自来水更纯净。这就是为什么会说“今天的咖啡就是明天的咖啡”。

麻烦的大便

这么看来，小便也没有想象中那么难。真正折磨人的是大便。早期宇航员只能用这样的袋子。

图片来源：NASA

由于没有重力，所以粪便不会自己往下掉。这时就只能自己动手了。阿波罗7号的3名乘客在旅途结束后写道，为了成功上一次厕所，他们需要“脱光衣服，准备好一个小时的持久作战，多拿几叠卫生纸。”粪便中的细菌生长还会释放出气体，为了避免粪便袋爆炸，还需要在如厕完毕后，往里撒上杀菌剂，然后将其混合均匀（当然是用手）。

一部分粪便被带了回来，用于科学研究；一部分和其他一些垃圾一起永远留在了月球上。当大家中秋赏月时，或许就有那么几缕月光是粪便袋反射过来的。

带回来的粪便袋。图片来源：NSC

不过再怎么小心，也难免发生意外。阿波罗10号上就发生了这么一件事。

在茫茫太空中，三名宇航员之间发生了如下对话：

“给我一张纸巾，快，”斯塔福德说，“这有一坨屎在空中飘着。”

“这不是我拉的，”杨说，“我没有这样的屎。”

“我不觉得这是我的。”塞尔南说。

“我的比这要黏一些，”斯塔福德又说道，“快把它扔了。”

就是这三名宇航员（图片来源：NASA）

到底是谁的粪便袋裂开了呢？真相早已埋没在历史的长河中。阿波罗计划完结之后，现代意义上的太空厕所才终于被发明了出来。虽然厕所仍然使用粪便袋，但操作已经方便了许多。

新的厕所也涵盖了用于小便的软管。不管是大便还是小便，都是像吸尘器一般操作。

Mir空间站时代的厕所。（图片来源：National Space Centre）

不过这个“马桶”的开口很小，

90年代开始使用的国际空间站厕所。图片来源：RocketSTEM

为了正确使用，厕所旁边还专门放了一枚摄像头，用来对准。

厕所摄像头。图片来源：RocketSTEM

这么先进的设备，想必不会再出什么岔子了吧？

不过还是过于天真了。去年年初，俄媒消息称，国际空间站（ISS）美国那一侧的厕所发生了爆炸，泼洒十升液体，剩下的几天宇航员们只好用毛巾把这些液体裹回去。这间厕所由俄罗斯航空公司于上世纪90年代开发，价值高达1900万美元。幸好俄罗斯那边还有另一个厕所，不然美国宇航员怕是又要重拾传统艺能了。无独有偶，早在2009年也发生过类似的漏水事件。最终，事件都有惊无险地解决了。可大家总会心有余悸，要是时不时来一出，那可怎么办？

2300万美元打造新厕所

终于在今年，全新的厕所上线了。NASA投入了整整2300万美元（相当于约1.5亿人民币），其价值远远超过了纽约Guggenheim博物馆收藏的纯金马桶。采用耐腐蚀材料，一部分部件还是3D打印的产品；使其比之前的厕所更加舒适，更加可靠，质量和体积也更小，差不多是原来的一半。空间站上的宇航员克里斯·卡西迪（Chris Cassidy）称，“这个厕所用起来与在地面没有任何区别。”

虽然它看起来尖尖的，但在无重力环境下，也并不需要坐垫。宇航员们对新厕所充满了信心，觉得他们的卫生与安全有了保障。不过实际效果如何呢？还是需要经历时间的检验。不过NASA对这款新厕所真可谓是煞费苦心。

2300万美元的新厕所。（图片来源：NASA）

厕所的小隔间。图片来源：NASA

相比以前几乎是为男性设计的厕所而言，这个新厕所也更利于女性使用。女性通常需要同时进行大便和小便。杰西卡·迈尔（Jessica Meir）表示，此前她得在蹲马桶的同时“小心翼翼地拿着漏斗，这种操作实在是困难重重。”NASA重新设计了排尿漏斗以及相关结构。现在女性宇航员也能方便地上厕所了。

新型厕所将被塞进NASA的猎户座飞船，跟随阿耳忒弥斯计划前往月球。也许随后还会伴随人类征服火星及其他行星。

新厕所的循环功能对于未来的火星任务至关重要。火星任务来回整整两年，NASA当前的目标是将水资源回收率提高到98%。目前的循环系统已经能将回收率保持在90%以上，其中有一部分不能回收的来自于粪便中的水，NASA也正在同步研究从粪便中分离水的方法。在可见的未来，我们或许能看到这一目标的实现。

不过，还有一些问题没有解决。假如人类要乘坐飞船前往更远的星球的话，或许就需要把这些系统集成到宇航服里。不光要像钢铁侠的盔甲一样在宇航服里循环水，还需要在十数天的时间里，能完成进食、排遗等所有生存必须的操作。此前，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）开发了一种宇航服，它能通过动作传感器自动吸走宇航员尿液，并且自动将其清理、干燥。NASA也正在考虑为每个宇航员量身定制宇航服。下一步或许就能实现摩登时代的效果。

卓别林电影《摩登时代》中，工厂的自动化喂食机器。

等到次世代的全自动宇航服研制成功的那一天，人类探索的脚步想必会更加自由。

参考链接：

https://spacecentre.co.uk/blog-post/a-history-of-space-toilets-how-to-go-in-space/

https://science.howstuffworks.com/10-moments-space-bathrooms.htm

http://www.madsci.org/posts/archives/2006-01/1138467020.As.r.html

https://www.nbcnews.com/sciencemain/poop-space-revisited-apollo-10s-floating-turds-pop-44-years-1C9284102

https://www.youtube.com/watch?v=TZkuQUCUYgM&ab_channel=WIRED

https://sputniknews.com/science/201902041072108506-water-leakage-iss/

https://futurism.com/the-byte/iss-toilet-russia-american?utmsource=fark&utmmedium=website&utmcontent=link&ICID=reffark

https://www.nasa.gov/feature/boldly-go-nasa-s-new-space-toilet-offers-more-comfort-improved-efficiency-for-deep-space

本文来自微信公众号：环球科学（ID：huanqiukexue），作者：张和持