（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(fā)，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(xiàn)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?。▽捈s5米、高約3米）、同時容納4個成年人的密閉艙內(nèi)，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(wèi)·蒙斯（David Munns）指出，太空馬桶是一個“任務關鍵型”系統(tǒng)，如果它徹底癱瘓，整個太空任務都將面臨極大的風險。

2025年1月，阿爾忒彌斯二號的宇航員在獵戶座飛船模型內(nèi)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(nèi)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(tài)下，光綁這些袋子就已經(jīng)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。

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(nèi)狹小的空間和零重力環(huán)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(tǒng)極易發(fā)生泄漏。在阿波羅10號任務中，宇航員曾目睹糞便在艙內(nèi)漂??；而在阿波羅8號任務中，機組人員甚至得在艙內(nèi)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(tǒng)后曾吐槽：“我曾經(jīng)夢想成為登陸火星的第一人，但這套系統(tǒng)讓我徹底死心了。”

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(huán)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(huán)境中，這些基本規(guī)律統(tǒng)統(tǒng)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(nèi)環(huán)境很快就會失控。

因此，現(xiàn)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(tǒng)，用氣流把廢物吸入密閉裝置中，防止它們在艙內(nèi)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(wèi)生用水。不過，這些系統(tǒng)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。

UWMS系統(tǒng)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(tǒng)”（UWMS）。

這套系統(tǒng)可以看作是幾十年經(jīng)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(yōu)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。

6是排尿管道系統(tǒng)｜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(tǒng)，在太空這種極端環(huán)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(tǒng)無法正常排放。地面指揮中心在研究后決定，調(diào)整飛船的姿態(tài)，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。

相比之前被無數(shù)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(huán)境對解決日常問題的探索，其實從未停止 。

想知道國際空間站上還有哪些腦洞大開、顛覆認知的太空實驗？ 不妨翻開《萬物》雜志4月新刊，在《12個有趣的太空實驗》中 我們將帶你走進失重環(huán)境下的人體、生物與技術試驗，看看科學家們?nèi)绾卧跇O端條件中不斷試錯、改進，甚至重新定義“日常生活” 。

▲ 點擊觀看萬物科學課 ▲

用生動講解延展雜志內(nèi)容，

讓科學越學越有料！持續(xù)更新中……

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/

▲ 點擊卡片關注，了解更多官方動態(tài) ▲

原創(chuàng)文章版權歸微信公眾號
“把科學帶回家”所有

轉載請聯(lián)系：bd@wanwuweb.com

凡本公眾號轉載、引用的文章 、圖片、音頻、視頻文件等資料的版權歸版權所有人所有，因此產(chǎn)生相關后果，由版權所有人、原始發(fā)布者和內(nèi)容提供者承擔，如有侵權請聯(lián)系刪除。