我國神舟十二号宇宙飛船,搭載着三位宇航員,成功進入天宮空間站開展為期三個月的太空生活和實驗,這一成就舉世矚目。到現在為止,三個月的時間馬上就要到了。大家對他們的關注點,除了所進行的各種實驗、出艙進行太空行走、平時吃什麼食物、如何休息以外,我想很多人也會對另外一個問題感興趣,那就是如何上廁所。
太空不同于地球表面,沒有較大的引力作用,屬于微重力環境,無論是宇航員,還是其它物體,如果受到一個外力的加速作用,很容易就會漂浮起來,而且在空間中的停留時間會很長。所漂浮的時間長短,取決于與引力源方向相反的外力所提供的初速度大小,同時也取決于微重力環境下的重力加速度大小。對于長時間停駐在太空中的宇航員來說,如何解決上廁所的問題,長期以來是一個很棘手的問題。
其實,在宇航員被送入太空之前,美國軍方的U-2 計劃就面臨着這一挑戰,那些遠程偵察機的飛行高度一般都為20公裡以上,飛行員們都必須穿着加壓的飛行套裝,然後用導管插入男性的生殖器官并最終到達膀胱,然後尿液被吸出存放在一個袋子中。這種方式,想起來都覺得難受至極,對飛行員來說壓力極大、體驗很不友好。這種方式也不能處理“大号”的問題,同樣對于女性也不适用,所以那時的飛行員基本上都以男性為主。
1961年,美國實現了首次載人飛行,将宇航員成功送入太空,由于此次任務的“旅行”時間很短,隻有15分鐘,所以根本就沒有考慮到宇航員的排洩問題。沒想到,在發射前,由于一些細節的原因,發射推遲了三個小時,宇航員(大名鼎鼎的艾倫·謝潑德)實在憋不住了,于是用無線電向控制中心發送了“我要小便”的信息,同時詢問是否可以脫下宇航服“解決”這個問題。
由于發射馬上開始了,所以控制中心果斷地答複“不行”。不過,為了提高宇航員的舒适度,操作人員還是暫時關閉了宇航服中的電氣部分,這就相當于“指揮”謝潑德,你可以“就地”解決,也就是說尿在宇航服中,謝潑德也隻好這樣做了。所以說,美國第一次載人進入太空,宇航員是濕着褲子完成的飛行任務。
在此後更多的太空飛行任務中,美國NASA不得不考慮宇航員上廁所的問題。首先是設計出一個比較複雜的排尿裝置,也就是将排洩器官連接到一個比較柔軟的尿液收集袋中,避免了直接插入膀胱之中。而收集大便就顯得更為複雜一些,當時應用的是一個塑料袋,然後用膠帶粘在宇航員的臀部上實施收集。
在宇航員完成排便之後,需要宇航員立即密封袋口,并反複揉捏袋子,以使排洩物與袋子中的殺菌劑充分混合。雖然這個時候能夠收集“大便”了,但是由于所需的時間較長,而且處理過程令宇航員感到不适,所以體驗感也很差,但是沒有辦法。所以,為了減少宇航員的排便頻次,宇航員在被送上太空前,不得不服用一些降低腸道蠕動的藥物,同時在太空中吃的東西也以低殘留的食物為主。
随着科學技術的發展,特别是空間站的投入運行,宇航員們在太空中的停留時間更長,而且還要執行較長時間的太空行走任務,所以宇航員的“上廁所”問題解決方案,得到了更進一步的優化和改善。
如何宇航員是執行太空行走任務,那麼在宇航服之内,宇航員還會穿着具有強力吸水性能的高科技“尿布”,可以将排洩物牢牢地吸附在内部,不用再需要揉捏糞便袋了。
而在航天飛機或者空間站内部,那麼宇航員現在的“如廁”問題将會用廁所裝置來解決,因為在航天飛機或者空間站内,都将有比較寬裕的空間可以容納這些設施。比如男性宇航員可以使用一個類似真空管的東西,可以将尿液吸到裡面,由于密封很嚴,不用擔心尿液漂浮在空間中。
由于水資源在外太空非常珍貴,補給周期很長,所以在空間站和航天飛機中,都設置有高效的廢水回收淨化系統,可以将宇航員生活和工作中産生的廢水、包括排洩的尿液進行收集、處理和回收利用,最後處理過後的水能達到直接飲用的程度,從而最大限度對水源的消耗。所以有宇航員調侃,“今天在空間站上排出的尿液,可能會變成明天的咖啡”。
宇航員在解決“大号”時,則需要利用類似抽水馬桶的設備,宇航員坐在上面如廁,然後通過真空抽取,将排洩物吸到一個塑料袋中,最後這些塑料袋将被集中裝載到特定的空間區域,最後統一通過特殊的貨運飛船,在返回地球穿越大氣層時,将這些塑料袋釋放出來,通過與空氣的劇烈摩擦,最後燃燒化為烏有。隻有一小部分被妥善地保存起來,并送回地面供科學研究之用。
當然,上述關于“如廁”問題的優化方案,在很長時間以來,對于男性宇航員來說效果是很好的,但是對于女性就不怎麼理想了,由于生理結構的差異性,在應用上述設備特别是對于尿液的收集方面,女性宇航員很難完美、舒适地使用。
所以,後來科學家們又研發了一種全新的廢物收集處理系統,将收集尿液的尿漏鬥與“馬桶”集成在一起,并在如廁時腳部位置處進行了固定限制,同時也提供了可供宇航員如廁時抓住的把手,這樣宇航員在太空方便時,就可以随時調整自己的姿勢,使如廁過程更加舒适惬意了。
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