太空廁所

沈羨云

在地球上，上廁所解決大小便的問題是輕而易舉的事。但是到太空，要解決大小便的問題就不那么容易了：不僅要配備專門、昂貴的廁所系統(tǒng)，而且人體的內(nèi)臟在失重狀態(tài)下不能像在地球上一樣從容地工作，排便動力不足，在太空中排泄可是一項極具挑戰(zhàn)的活動。

太空廁所的歷史

50多年前，美國國家航空航天局（NASA）的阿波羅計劃將人類太空飛行帶入了一個新高度，進(jìn)行了多次開創(chuàng)性的飛行并成功載人登月。盡管阿波羅計劃創(chuàng)造了歷史，但阿波羅號的宇航員們卻沒有太空廁所可用。當(dāng)時的宇航員將排泄物排入一條“便溺管”（由于NASA當(dāng)時只雇傭男性宇航員，因此這條便溺管只設(shè)計給男性使用），然后密封在一個袋子里，宇航員們必須將袋子揉捏并卷起來，然后帶回地球進(jìn)行檢測。

在NASA的航天飛機計劃中，宇航員終于有了廁所。航天飛機的廁所被稱為“廢物收集系統(tǒng)”（Waste Collection System，簡稱WCS）。該系統(tǒng)使用旋轉(zhuǎn)扇葉將固體廢物分散在容器中，之后將容器暴露在真空中使其干燥。

隨著空間站的出現(xiàn)，宇航員在太空上吃得越來越好，排便的需求再也不能夠被輕視，那種粘在屁股上的收集袋是時候淘汰了，馬桶開始進(jìn)入宇航員的太空生活當(dāng)中。在國際空間站上，宇航員們有兩個廁所可用，分別設(shè)置在俄羅斯的“星辰”號服務(wù)艙和美國的“寧靜”號節(jié)點艙。到2009年，空間站的“太空人”從3人增加到6人，所以需要增加一套廁所。NASA決定，斥資1900萬美元為國際空間站購置一套俄羅斯制廁所系統(tǒng)。廢液經(jīng)過蒸餾、過濾、氧化、電離等一系列凈化程序，各類有機成分和漂浮物基本上都被清除干凈，特別是最后一個步驟還加入了碘，可以控制水中的微生物，因此凈化后的水完全可放心飲用。這種設(shè)備可把國際空間站內(nèi)每天產(chǎn)生的廢液在不到24小時內(nèi)處理完畢。

價值1.6億元人民幣的太空新廁所

不久前，NASA宣布，即將向國際空間站發(fā)射一個新太空廁所供宇航員進(jìn)行試驗，該廁所成熟后將被用于美國未來的登月和火星任務(wù)。新廁所名為通用廢物管理系統(tǒng)（UWMS），從2014年開始研制，耗資達(dá)2300萬美元，約合人民幣1.6億元。NASA之所以花重金研制新型UWMS太空廁所，是因為對于漫長的火星登陸任務(wù)來說，傳統(tǒng)太空廁所已經(jīng)無法滿足要求。

地球與火星之間的最近距離是5500萬千米，即便在最佳窗口期發(fā)射火箭，載人飛船也要飛行7個月才能進(jìn)入火星軌道。雖然現(xiàn)有太空廁所在便容器內(nèi)添加防臭木炭并將其裝袋儲存在飛船上的標(biāo)準(zhǔn)做法仍然可以正常進(jìn)行，但對于漫長的火星飛行任務(wù)而言，糞便會占用太多重量，NASA工程師估計，一次火星任務(wù)就能至少產(chǎn)生270千克固體廢物。此外，糞便中含有大量微生物，如果人類在登陸火星或重返月球建立月球基地時仍使用傳統(tǒng)太空廁所，就會出現(xiàn)對外星球造成生物體污染的危險。因此NASA為UWMS新太空廁所制定了兩大設(shè)計目標(biāo)：一是收集和處理宇航員的尿液，變成循環(huán)利用的再生純凈水；二是將含水量75%的固體廢物進(jìn)行脫水處理，一方面使其不具有微生物活性，避免污染外星球，另一方面大幅降低其重量與體積并重新利用其中的水分。UWMS新太空廁所比目前空間站上的廁所小65%，重量減輕了40%，并且可以方便塊頭更大的宇航員使用。改進(jìn)后的尿液處理系統(tǒng)能將更多尿液變成純凈水。固體廢物則會裝入儲存罐儲存，最后集中被貨運飛船帶回，其中大多數(shù)在飛船進(jìn)入地球大氣層前被拋棄燒毀，少數(shù)會被帶回地面進(jìn)行評估。

宇航員大小便訓(xùn)練

在太空失重的環(huán)境下，大小便是一個比較麻煩、復(fù)雜的事情。失重環(huán)境使人和物都失去了重量，大小便時稍用力，人便會“飛出去”。無論是宇宙飛船，還是航天飛機或國際空間站，機艙空間都非常有限，一旦處理不好，會弄得臭氣熏天。如果不按規(guī)定上廁所，大小便因失重會從馬桶中飄出來，在座艙內(nèi)到處飛舞，就好像“天女散花”，那將成為一場災(zāi)難。同時，在太空中，由于身體飄浮不定，加上心理因素，許多宇航員都有解不出大小便的經(jīng)歷，所以在地面時，必須對宇航員進(jìn)行上廁所訓(xùn)練，這也是宇航員訓(xùn)練的重要科目之一。

太空廁所的外觀雖然不是非常離譜，但的確與普通廁所有較大差別。其中，抽水馬桶設(shè)計最為復(fù)雜，如果設(shè)計不好，大小便會從馬桶中飄出來，在座艙內(nèi)到處飛舞。所以，在介紹宇航員上廁所訓(xùn)練之前，先了解一下太空廁所與地面廁所的不同之處吧。

在地面的廁所不需要什么固定身體的裝置。在太空，為了防止宇航員上廁所時會“飛走”，采用了一套固定裝置。固定裝置包括踏板及固定鞋的裝置，此外馬桶的兩側(cè)各有一個把手，宇航員需要方便時，便飄到馬桶上，將兩個把手向內(nèi)拉，讓它們像銬子一樣銬住自己的大腿，排便時人就不會飄走了。

男女宇航員的小便裝置各不相同，實際上女性小便裝置更簡單，易于操作。她們可以直接將小便裝置接觸身體進(jìn)行使用，相比之下，男宇航員使用時就比較困難，他們必須將小便裝置接近身體，以便收集尿液，但又不能非常接近，避免吸入裝置對男性生殖器官構(gòu)成傷害。小便后用水沖洗，并用殺菌劑控制臭氣和細(xì)菌。大便時使用一個口徑較小的馬桶，所謂“抽水馬桶”實際上是“抽氣馬桶”—因為馬桶內(nèi)不使用水，而是用氣。馬桶本身就像一個真空吸塵器，利用空氣壓力把固體排泄物吸走。大便袋中的大便經(jīng)壓縮處理，暫時存放在鋁容器中，最后被帶回地球。馬桶的一側(cè)有一個控制桿，能開、關(guān)馬桶的蓋板和吸孔。馬桶用真空吸塵器來清潔，用活性炭空氣過濾凈化系統(tǒng)來除去臭味。

宇航員地面訓(xùn)練的第一個內(nèi)容是固定自己，這種固定必須按次序進(jìn)行：首先固定好鞋，然后固定好下身，雙手握住馬桶兩邊扶手，最要緊的是屁股必須與馬桶邊緣貼緊，使馬桶內(nèi)部與外邊完全密封。第二個訓(xùn)練的內(nèi)容是大便訓(xùn)練。在地球上我們使用的是直徑30～45厘米的馬桶座圈，但是在太空，航天員在大便時，肛門必須設(shè)法對準(zhǔn)直徑只有大約10厘米的一個小開口，以確保他們在坐下大解時，不會有糞便弄到外面。為了訓(xùn)練宇航員在如廁時肛門對準(zhǔn)馬桶口，NASA設(shè)計了一種內(nèi)部帶有攝像頭的廁所，馬桶上裝有監(jiān)控攝像頭，鏡頭朝上。宇航員必須通過監(jiān)控，實時觀看自己的如廁過程，糾正自己不正確的姿勢，從而訓(xùn)練如何正確使用坐便器。

太空廁所出故障了怎么辦

家里的馬桶堵了就夠鬧心的了，如果太空上的廁所壞了那會更糟糕。頻頻發(fā)生的廁所故障讓如廁問題成為宇航員在太空生活中最為尷尬的困擾之一。

2019年2月1日，國際空間站美國“寧靜”號節(jié)點艙的衛(wèi)生間出現(xiàn)漏水狀況，宇航員斷開連接衛(wèi)生間的供水管道，不過，仍有液體從管道中泄漏，超過10升的液體進(jìn)入艙內(nèi)。宇航員使用站內(nèi)所有毛巾收集液體，在微重力環(huán)境下，該項清理工作較為復(fù)雜。幸運的是，漏出的液體對國際空間站電子設(shè)備的運行沒有造成影響。

2019年11月，國際空間站上有6名宇航員，來自俄羅斯、美國和意大利。因為空間站上有兩個廁所，本來不會遇到“如廁難”的問題，但兩個廁所同時出現(xiàn)問題：美國艙段的廁所因指示燈出故障，已無法使用；俄羅斯艙段的廁所則因存儲箱滿溢不能使用，宇航員不得不使用紙尿褲。事故發(fā)生時，宇航員本希望安裝新的雙隔間外層，以便將衛(wèi)生間分隔開。結(jié)果飲用水系統(tǒng)的連接點出現(xiàn)了脫離，系統(tǒng)中泄漏了大約2.5加侖的水。值得慶幸的是，宇航員們對模塊系統(tǒng)進(jìn)行了評估，在水被清理后發(fā)現(xiàn)沒有造成任何損壞。