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为保证宇航员在太空解决内急 NASA造价1.5亿天价马桶

2020-10-22 10:10:54来源：雷锋网  

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。

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)。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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