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(圖片來源:pxhere)
撰文 | 阿嫻
時隔53年后,美國的載人航天器再一次向月球進發,四名宇航員乘坐“獵戶座”(Orion)飛船準備繞月飛行。然而就在這場歷史性任務進行到第5天時,美國航空航天局(NASA)不得不對外確認:飛船上的廁所出現了故障。
壞掉的馬桶在地面上不是啥大問題,但在一個僅有房車大小(寬約5米、高約3米)、同時容納4個成年人的密閉艙內,馬桶出問題不僅會令人尷尬,還可能攸關任務成敗。紐約市立大學的科技史學家大衛·蒙斯(David Munns)指出,太空馬桶是一個“任務關鍵型”系統,如果它徹底癱瘓,整個太空任務都將面臨極大的風險。
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2025年1月,阿爾忒彌斯二號的宇航員在獵戶座飛船模型內進行訓練。|By NASA Johnson Space Center / Mark Sowa
在大眾認知里,人們普遍認為宇宙飛船搭載著前沿科技,內部設施極盡先進,但在阿波羅登月時代,宇航員連一臺真正的“馬桶”都沒有。他們只能使用邊緣帶有粘合劑的塑料袋和漏斗來收集排泄物。在失重狀態下,光綁這些袋子就已經夠困難了,上完廁所后,宇航員還得手動將一包殺菌劑揉捏進密封的袋子里,以防止細菌滋生和氣體膨脹。
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早期的廁所套裝包括塑料包裝袋、 殺菌劑一包、紙巾8張、尼龍布1塊。| NASA
在艙內狹小的空間和零重力環境下,用這些東西拉屎竟然變成了一場長達45分鐘、混亂并且讓宇航員感到反感和惡心的體驗。
更可怕的是,這套系統極易發生泄漏。在阿波羅10號任務中,宇航員曾目睹糞便在艙內漂浮;而在阿波羅8號任務中,機組人員甚至得在艙內四處追捕逃逸的嘔吐物和糞便團。阿波羅16號的宇航員肯·馬丁利(Ken Mattingly)在體驗過這套系統后曾吐槽:“我曾經夢想成為登陸火星的第一人,但這套系統讓我徹底死心了。”
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你可能注意到照片中,使用者會將兩根手指插進塑料袋里。這是為了幫助清除屁股里頑固的糞便,因為在零重力環境下,糞便并不會主動掉下來。| NASA
地面上,一切依賴重力:水會向下流,廢物會自然排走。但在微重力環境中,這些基本規律統統失效。排泄物不會掉下去,液體會變成懸浮的微小液滴四處漂浮,而密閉空間又會讓氣味和細菌迅速積累。如果沒有控制手段,整個艙內環境很快就會失控。
因此,現代太空廁所的核心原理并不是沖水,而是吸走。從航天飛機時代開始,NASA就采用風扇驅動的真空系統,用氣流把廢物吸入密閉裝置中,防止它們在艙內亂飛。國際空間站的廁所也沿用了這一思路,同時還能對尿液進行真空蒸餾與凈化,回收為再生水資源,用于飲用與衛生用水。不過,這些系統仍然存在不少問題,比如操作復雜、對女性不夠友好、故障率高,以及無法同時處理液體和固體等。
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UWMS系統的初始版本于2020年在國際空間站上進行了測試,并于2021年完成了最終安裝。|By James Blair -Public Domain
為了解決這些長期積累的痛點,NASA的科學家痛定思痛,傾注了十多年的心血、花費2300萬美元試圖打造出一款完美的太空馬桶,也就是這次安裝在獵戶座飛船上的“通用廢物管理系統”(UWMS)。
這套系統可以看作是幾十年經驗的集大成者:它采用更緊湊的設計,使用3D打印鈦合金制造,既減輕重量,又提高可靠性;它可以同時處理尿液和糞便,提高使用效率;優化了收集裝置,對女性宇航員更加友好;甚至還加上了一個“門”,在狹小空間中給宇航員提供一點點心理上的隱私感。
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6是排尿管道系統|NASA
在阿爾忒彌斯號飛船上,UWMS 能將尿液與糞便分離,對糞便進行冷凍干燥并儲存起來, 同時將尿液輸送到排尿管道, 直接排放到太空。然而,再先進的系統,在太空這種極端環境中依然可能出問題。這次故障的關鍵在于將尿液排放到太空的“通氣管”。
很顯然,工程師低估了太空低溫——尿液會在通氣管中凍結和堵塞,導致系統無法正常排放。地面指揮中心在研究后決定,調整飛船的姿態,讓通氣管盡可能多地曬到太陽,同時開啟管道加熱裝置,以此試圖融化冰堵。與此同時,工程師也建議宇航員啟用上廁所的備用方案,例如可折疊應急小便器。
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相比之前被無數宇航員詬病的簡易塑料袋,這個收集器看上去方便很多。|ins
從阿波羅時代的簡易收集袋,到阿爾忒彌斯號的3D打印廁所, 人類在失重環境對解決日常問題的探索,其實從未停止 。
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參考資料:
[1] https://www.jalopnik.com/i-took-a-dump-the-same-way-the-apollo-astronauts-did-1836637152/
[2]https://world.infonasional.com/nasa-artemis-ii-lunar-toilet
[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Space_toilet
[4]https://www.scientificamerican.com/article/artemis-iis-toilet-is-a-moon-mission-milestone/
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