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NASA 最新发射的黑科技马桶造价 1.5 亿!这下宇航员们如厕体验更好了

本文作者:付静 2020-10-21 18:03
导语:上太空难,在太空上厕所比上太空还难。

美剧《生活大爆炸》里的一个情节是,霍华德给空间站设计的「太空马桶」因为出现故障坑惨了宇航员。那么问题来了:

现实生活中,宇航员在太空如何上厕所呢?

其实,在太空上厕所堪称一道宇宙级难题,毕竟几乎零重力的环境下再也不能像在地球上那样马桶冲水了,甚至于还可能出现尴尬的「太空飞翔」场面。

为了保证宇航员们在太空也能优雅地解决内急,NASA 前不久向国际空间站发射的一艘无人驾驶飞船上,搭载了一款重要的设备——一个价值 2300 万美元(约合人民币 1.5 亿元)的天价马桶。

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就长上面这样,看着还挺硬核!

其实,这个全宇宙最昂贵的马桶代表了 NASA 地外盥洗设备的最新技术进展,而且男女皆可使用。

1.5 亿,天价马桶贵在哪?

早在 2015 年底,NASA 就开始了「天价马桶」的采购计划,「天价马桶」集成和国际空间站应用计划也是在 2015 年就开始了。

当时的计划是,「天价马桶」在 2020 年作为技术演示有效载荷现身国际空间站,将包含尿液预处理剂量泵/预处理质量指示装置,不仅要解决宇航员们的内急问题,还可以在太空实现水回收。

如果能达到预期效果,「天价马桶」也将成为 Artemis 重返月球计划的一部分有效载荷,之后还将用于各类短期、长期的 NASA 太空任务。

NASA 与各地太空中心共同开展了这项工作,马桶本身的造价也是达到了 2300 万美元(约合人民币 1.5 亿元)。

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太空马桶,想想就觉得制造起来不容易,但这么贵有道理吗?

当地时间 2020 年 10 月 6 日,NASA 官方 po 出的一段视频中,一位美国宇航员 Chris Cassidy 带着观众参观了马桶和“废物卫生隔间”(WHC),并向大众解释,在太空中想上厕所的心情和地球上一毛一样。就像是在说,这款太空马桶即使贵,也贵的值得!

那么,「天价马桶」贵在哪?

先来看看尺寸,它重约 100 磅(45 公斤),高 28 英寸(71 厘米),实际上这种设计考虑到的一个因素是:未来用于将人送往火星的“猎户座”(Orion)太空舱内空间有限,马桶不能设计得太大。

目前国际空间站上有 2 个俄罗斯设计的马桶(如下图),但这次的「天价马桶」大小上要比它们小 65%,轻 40%,而且更为节能。

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正如这一项目的经理 Melissa McKinley 在此前的新闻发布会所说的:

航天器上的空间和能量极为宝贵,这些优化可以在很多方面有所帮助。

「天价马桶」的官方称呼是:通用废物处理系统(Universal Waste Management System),这个名字实际上反映出了它的工作原理

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事实上,所有太空马桶都依赖于一个重要的东西:吸力。微重力环境下一切都会漂浮,为避免“舱内流星雨”的尴尬状况,这一系统可利用吸力防止排泄物溢出。

宇航员在小便时,要使用附在软管(如下图)上的漏斗,软管可通过风扇将尿液拉入水箱。

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而在大便时,宇航员要坐在一个槽上面,通过风扇将粪便拉入收集袋。同时设计团队为大便场景还专门配备了一个可移动的“废物压实机”——宇航员把收集袋密封好之后,推入下方的一个罐中,直到罐子装满为止。装满后,便便会与其他垃圾一起丢弃到外层空间。

NASA 的钱还花在了一项 3D 打印的钛金属特殊装置上。这一装置主要的特点就是耐酸,因为要分解尿液中的沉积物需要高酸性溶液,这一设计有助于帮助对尿液预处理再回收利用的过程。

值得一提的是,宇航员用酸来处理尿液,可以转化成自己的饮用水!emmm...

整体而言,相比此前,新马桶的舒适度和性能自然都大大提升了:

  • 为了更好地适应女性的身体结构,排尿漏斗和外观也都进行了全新设计。

  • 新马桶采用了倾斜坐垫,也比以前更适合收集更多的废物。

  • 新马桶是全自动的,而此前需要宇航员翻转开关才能启动。

上太空,便便问题是大事

可以说,上太空难,在太空上厕所比上太空还难。

正如阿波罗 11 号指令舱驾驶员 Michael Collins 曾表示,媒体记者狂轰滥炸地问在太空孤独一人的感觉如何,但我希望他们问我:你在太空里怎么上厕所?

提到 Alan Shepard 这个名字,航天爱好者可能脱口而出:

他 1961 年 5 月 5 日乘坐“自由 7 号”宇宙飞船遨游太空,是美国第一位进入太空的宇航员,美国总统克林顿曾称赞他是美国最伟大的宇航员之一。

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没错,但当年还发生了一个小插曲——火箭即将发射之际,Alan Shepard 弱弱地表示:想尿尿怎么办,在线等挺急的! 

最后经组织决定,Alan Shepard 先关掉宇航服内的监测仪器,直接尿在宇航服里,尿液通过氧气循环系统风干。

之后的任务中,宇航员们也只能通过随身绑袋子、管子来解决内急,但这并不是一个好的解决办法,泄漏问题时有发生。

1969 年 7 月,人类首次登上月球,背后有一个人的功劳——“太空衣之父”唐鑫源。

曾为美国空军设计高分子材料的唐鑫源,作为美国太空总署太空飞行中心材料研究所所长,负责当时太空服的改良研发。最终,综合月球温度和各种可能出现的极端情况,唐鑫源研制出了一种有强力吸水性的「纸尿裤」,解决了宇航员的小便问题。

就长下面这样,后来纸尿裤从航天领域走向民用,所以说唐鑫源是名副其实的“纸尿裤之父”,曾获美国总统颁赠的领袖奖章也有上百个。

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但如果宇航员想要大便,只能通过原始的随身绑袋子的方法解决。一个传言是:

为了飞船返航时减轻重量,宇航员们曾在月球上留下了 96 袋便便、尿液和呕吐物。而将“地球垃圾”带回来,就是美国 Artemis 重返月球计划的任务之一。

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科技不断进步,纸尿裤自然不是长久之计。

1970 年代,美国第一次在航天器上安装一种类似于马桶的简易装置,仅包含一个吸水软管和一个漏斗。

2009 年,美国花费 2.5 亿美元制造了尿液净化器,并将其首次发射至国际空间站。

而在我国的神舟六号飞船上,当时也是装备了自研的航天马桶,原理和上述的「天价马桶」类似。

还有哪些有效载荷?

搭载「天价马桶」上天的飞船,正是于美东时间 10 月 2 日晚在美国弗吉尼亚州发射的天鹅座飞船 (Cygnus spacecraft)。

天鹅座飞船是美国轨道科学公司应 NASA 商业轨道运输服务发展计划开发的无人驾驶补给飞船,其主要目的就是向国际空间站补给物资。

作为 2020 年全球第 6 艘飞抵国际空间站的货运飞船,此次天鹅座不仅带了马桶“上天”,还搭载了各类科学研究、技术演示和商业产品,可谓黑科技满满。

天鹅座飞船上的有效载荷主要包括:

  • 识别靶向癌症疗法:基于治疗白血病的 mRNA 药物,利用微重力环境,筛选、测试用于癌症免疫治疗的癌选择性信使 RNA 。

  • 在太空沙拉中添加萝卜:先前已经在空间站上种植了不同类型的植物,新的作物此次也将进入空间站,旨在增加太空食品的生产方法,为月球和火星任务做准备。

  • 太空漫步 VR 相机:一种 360 度定制相机,以沉浸式 VR 方式记录空间站上的生活和研究。

  • 利用废物产生能量和水:通过电化学技术阐明氨电化学氧化机理,考察微重力下氨氧化的过程,有利于开发月球和火星长期任务的水回收系统,并为地球上偏远和干旱的地区提供饮用水。

  • 开放空间站营业:NASA 要为空间站实现商业活动、发展低轨经济做努力。通过展示在太空中进行商业活动的价值,帮助催化、扩展企业在太空探索市场。

引用来源:

https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/ng14-research-highlights

https://zhuanlan.zhihu.com/p/64068669

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