10月初，美國國家航空航天局(NASA)用天鵝座貨運飛船將大約3.6噸物資和設備送到國際空間站。其中頗受矚目的，是一個新馬桶。
沒錯，即使是高大上的航天員，也需要面對“屎尿屁”的“三俗”問題。
不過換個角度說，即使是馬桶，要進入到太空，也得變成高精尖的裝備。
全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩向科技日報記者介紹，這臺名為“通用廢物管理系統(tǒng)”的新型太空馬桶，耗資2300萬美元、花費6年多時間研制，堪稱史上最貴馬桶。
太空馬桶為什么這么貴，航天員上廁所有多難?咱們來說道說道。
天價太空馬桶到底好在哪
新型太空馬桶重45公斤，高71厘米。龐之浩說，它的體積比目前空間站使用的馬桶減少了65%，重量降低了40%，可以減少對國際空間站寶貴空間的占用，并可以集成到不同航天器的生命維持系統(tǒng)中。
過去，國際空間站的馬桶在設計上更適合男性使用。而新型馬桶為了更好地適用于女航天員，在設計上有所改進，更符合人體工程學。其座位更高且略有傾斜。這使得女航天員可以坐在馬桶上小便，用異形漏斗和軟管吸尿。而此前女航天員小便需要借助其他專用設備。
新型馬桶采用了3D打印的鈦合金風扇分離器，可以產(chǎn)生強大的吸力，將排泄物吸入馬桶，確保它們不會亂飄。
相比老式太空馬桶，新馬桶還有一個特點，打開馬桶蓋后，氣流會自動噴出，從而控制異味的擴散。鈦合金材料也大大提高了馬桶的耐腐蝕性和耐久性，能節(jié)省更多的清潔和維護時間，讓航天員可以將更多精力投入到科研和探索任務中，而不必為刷馬桶這樣的事情過度勞神。
在太空里，水資源需要大量循環(huán)利用。據(jù)估算，航天員如果在太空生活1年，要喝掉700多升經(jīng)過處理的尿液。新型馬桶的尿液回收效率有了進一步提升，處理之后可以轉變?yōu)轱嬘盟谋戎赜兴黾印Ｆ淠蛞簝艋δ苁峭ㄟ^尿素生物反應器電化學系統(tǒng)來實現(xiàn)的，能將尿液中的尿素有效地轉化為氨，然后將氨分解為水和能量。據(jù)稱，這種將航天員排出的尿液進行循環(huán)利用、過濾凈化得到的純凈水，比地球上任何水都要干凈。
龐之浩介紹，每年地面向國際空間站提供2200升飲用水的運輸費用高達2200萬美元，而且空間站的飲用水儲存能力也有限。如果人類想離開近地軌道，進一步探索星際空間，水的補給將更加困難。新型太空馬桶的設計目標，是在人類前往火星之前實現(xiàn)98%的液體回收率，此次將其運到國際空間站，也是為了進行試驗。
想用好馬桶需開展專門訓練
要想熟練使用太空馬桶，航天員需要開展專門的訓練。排便時，他們要保證屁股緊貼坐墊邊緣，讓馬桶內(nèi)完全密封，同時要牢記屁股與馬桶坐墊的相對位置關系，以使肛門能準確地瞄準直徑為10厘米的中心孔。這一切都是為了確保大便能順利地被吸走，而不會從馬桶縫隙中飄出來。
為此美國約翰遜航天中心專門設計了馬桶訓練器，在馬桶里裝了一個攝像頭，航天員可以通過屏幕觀察和調(diào)整自己的屁股，找到瞄準精度最高的姿勢。
蘇聯(lián)雖然在登月競賽中輸給了美國，但此后專注于空間站研發(fā)，在長期在軌駐留、環(huán)控生保系統(tǒng)等方面經(jīng)驗豐富，造出的太空馬桶也更為精良。美國雖然也研制出太空馬桶，但效果不盡如人意。2007年，美國干脆花費1900萬美元從俄羅斯訂購了一個太空馬桶，還表示這比自己研發(fā)的更劃算。不過后來，美國又重新開始了太空馬桶的研發(fā)，耗資超過1億美元。
那些不堪回首的馬桶故障
如此昂貴的太空馬桶，是不是就一定安全可靠呢?不。
2008年5月21日，國際空間站俄羅斯艙段的馬桶出現(xiàn)故障，只能收納固體排泄物，液體處理不了。俄羅斯航天局緊急制造了替代品，請美國用6月初發(fā)射的“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機捎了上去。
2009年7月19日，美國艙段的馬桶也壞了，其原因是用來沖馬桶的6升水錯誤地流入分離器以及其他地方。好在奮進號航天飛機對接在空間站上。包括空間站值守人員和奮進號乘組的13名航天員，不得不排隊去航天飛機上廁所。然而，航天飛機上的馬桶并非為頻繁使用而設計。為了保護這臺珍貴的“獨苗”，地面指揮中心對航天員排便做出了嚴格的限制：每兩次如廁需間隔6分鐘以上;使用3次后要停用30分鐘以上，以便系統(tǒng)冷卻。航天員們堅持了一個月，終于盼到下一班航天飛機送去了新馬桶。
史上最不堪回首的馬桶故障，發(fā)生在1981年哥倫比亞號航天飛機首飛任務中。任務期間，馬桶堵了。航天員們坦然面對逆境，堅強地套上了大便收集袋。然而返程途中，報廢廁所中存儲的排泄物轉移到通風系統(tǒng)，如天女散花般噴涌而出，在艙內(nèi)到處飄浮，場面極為慘烈。
對于清除艙內(nèi)雜物，航天員都接受過專門訓練。比如對于大塊固體，可以直接“抓捕”;液體需要用吸水紙等材料吸附。細微的顆?；蛩槟┍容^麻煩，要等它們隨著艙內(nèi)循環(huán)的氣流集中在風口濾網(wǎng)上，才能清理干凈。大家在這次大掃除中充分實踐了訓練內(nèi)容，只不過所面對的，是他們在訓練時無論如何也沒有想到的清理目標。
太空馬桶失靈，帶來的不只是衛(wèi)生問題和感官刺激，甚至會威脅到航天員的健康。龐之浩介紹，美國已在空間站廁所中發(fā)現(xiàn)對抗生素具有高耐藥性的細菌菌株，它們有可能會進化成致病細菌，導致航天員患病。
為了設計出更好的太空馬桶，今年6月，美國啟動了一項“月球廁所挑戰(zhàn)賽”活動，面向全球征集“月球廁所”設計方案，用于2024年的登月計劃。“月球廁所”必須滿足多項設計要求，比如能同時在微重力和月球重力環(huán)境下正常運作、兼容男性和女性使用者、可同時排尿和排便等。
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沒有太空馬桶時，航天員怎么“方便”
人類在進行太空探索時，不可避免地會面臨排泄問題。在沒有太空馬桶的時候航天員是怎么“方便”的呢?
如果飛行任務時間不長倒還好說。例如2003年我國航天英雄楊利偉執(zhí)行神舟五號任務時，在歷時21小時23分的飛行過程中，借助航天服內(nèi)一個類似于尿不濕的小便收集裝置排便。該裝置可以通過吸水材料，把小便變成絮狀的固態(tài)物，并且能除臭，但對于大便則無能為力。
隨著太空旅行時間逐漸延長，航天員的排泄問題不再是尿不濕所能解決。雖然航天員的食品經(jīng)過專門處理，能在保證營養(yǎng)的同時，盡量減少消化后的遺留物，以降低大便次數(shù)和分量，但該有的總會有的。
在早期載人航天活動中，航天員處理排泄物的方式較為奔放。
20世紀60年代，美國實施阿波羅計劃時，航天員在太空還沒用上馬桶，大小便需分別使用收集裝置。其中大便收集袋擁有類似漏斗的圓形袋口，使用時要用它罩緊屁股，排入大便，再倒入殺菌劑，密封袋口后搖勻、揉捏，使內(nèi)部物質(zhì)充分混合。曾經(jīng)，阿波羅10號乘組中不知哪位航天員的操作出了問題，以至于一枚大便華麗地飄入艙內(nèi)，讓航天員們飽受驚嚇。有了這樣慘痛的經(jīng)歷，后來完成登月的阿波羅航天員，紛紛將大便收集袋扔到了月球上。
航天員對尿液的處理則更為簡單直接。在很長一段時間里，他們都是將廢水直接排放到太空。后來這種行為被叫停，原因不僅是為了環(huán)保，還有其帶來的代價。2001年和平號空間站退役時，由于采用排出式浴室和廁所，太陽能電池板被尿和洗澡水層層包裹，效率損失了40%。尿液甚至還結成冰塊高速撞擊電池板，造成了不小的損失。
