神舟十三號(hào)航天員王亞平？

美國(guó)歷史上第一位宇航員謝帕德在升空前曾把尿液排到自己的宇航服里，也正是他的這一尷尬經(jīng)歷，讓科學(xué)家們意識(shí)到在太空宇航員如廁是一個(gè)值得重視的問(wèn)題。

飛入太空前的一個(gè)小插曲

我們都知道，人類歷史上第一位進(jìn)入太空的宇航員是蘇聯(lián)宇航員加加林，1961年4月12日莫斯科時(shí)間上午9時(shí)07分，他乘坐“東方1號(hào)”宇宙飛船從拜克努爾發(fā)射場(chǎng)起航，在最大高度為301公里的軌道上繞地球一周，于上午10時(shí)55分安全返回，此次太空之旅歷時(shí)1小時(shí)48分鐘。因?yàn)闀r(shí)間并不算長(zhǎng)，所以加加林沒(méi)有配備任何排泄物收集裝置。

1961年5月5日，美國(guó)航天員阿蘭·謝帕德坐在名為“自由7號(hào)”的水星飛船內(nèi)整裝待發(fā)，不出意外的話，他很快就將成為美國(guó)歷史上第一位宇航員。但是飛船并沒(méi)有像他預(yù)想中的那樣很快升空，當(dāng)時(shí)可能是由于一些技術(shù)原因，飛船的發(fā)射時(shí)間被推遲了四個(gè)多小時(shí)。

謝帕德焦急等待，隨著時(shí)間推移，他發(fā)現(xiàn)自己排尿的欲望越來(lái)越強(qiáng)烈，后來(lái)他不得不向地面控制中心報(bào)告說(shuō)自己實(shí)在是憋不住了，要立即上廁所。

他這個(gè)要求讓地面控制中心和工程技術(shù)人員措手不及，因?yàn)楹图蛹恿值娘w行一樣，謝帕德此次的飛行時(shí)間也不算長(zhǎng)，因此他們同樣沒(méi)有為謝帕德準(zhǔn)備排便器。工程師們經(jīng)過(guò)激烈討論后拒絕了他的請(qǐng)求，同時(shí)地面控制中心通知謝帕德，讓他在自己穿的宇航服內(nèi)直接解決問(wèn)題。

為了避免尿液使宇航服內(nèi)部的各種傳感設(shè)備失靈，工程人員不得不臨時(shí)關(guān)閉了傳感器的電源，所幸尿液很快被謝帕德的貼身衣物吸收，并在機(jī)艙內(nèi)100%純氧的環(huán)境中迅速蒸發(fā)，因此沒(méi)有引發(fā)什么故障。

謝帕德進(jìn)入太空前的這個(gè)小插曲，讓科學(xué)家們開(kāi)始意識(shí)到解決宇航員的如廁問(wèn)題迫在眉睫。

航天員如廁不容易

航天員在太空上廁所并不像在地球上那樣方便。因?yàn)樘帐橇阒亓Νh(huán)境，失重狀態(tài)下，排泄物并不能像在地球上那樣在重力的作用下到達(dá)指定地點(diǎn)。

而且在這種無(wú)重力的狀態(tài)下，人體的腸道是漂浮著的，內(nèi)臟不能正常工作，所以如廁很麻煩。

長(zhǎng)時(shí)間的太空之旅更需要解決好如廁問(wèn)題

如今宇航員們?cè)谔罩型Ａ舻臅r(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，神舟十二號(hào)航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波在太空生活了3個(gè)月。10月16日神舟十三號(hào)載人飛船正式發(fā)射，三位航天員翟志剛、王亞平和葉光富將在太空生活6個(gè)月。在這半年的時(shí)間里，3名航天員的日常起居生活，全部都要在空間站內(nèi)完成，而如廁問(wèn)題也是生活中的一大難題。

美國(guó)宇航員斯科特·凱利在國(guó)際空間站度過(guò)了340天8小時(shí)42分鐘，期間他共產(chǎn)生了大約82千克的糞便。

一個(gè)普通成年人每天的平均排便量大約是150-200克，排尿量大約是1500-2000毫升。即便航天員吃的可能是低殘?jiān)嬍常判沽枯^少，但是長(zhǎng)期累積下來(lái)，總量也不算少。

顯然，長(zhǎng)時(shí)間的太空之旅，不能妥善處理“人體廢料”問(wèn)題，可能會(huì)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，如果導(dǎo)致航天員出現(xiàn)生理問(wèn)題，或者因此導(dǎo)致感染那就麻煩了，所以宇航員的如廁問(wèn)題不容小覷。

那么為了解決宇航員的如廁問(wèn)題，科學(xué)家們想出了哪些辦法呢？我們一起來(lái)看一看。

尿液收集器

早期，人類剛剛開(kāi)始探索太空，航天飛行任務(wù)時(shí)間一般較短，大多不會(huì)超過(guò)20個(gè)小時(shí)，而且為了避免排便，航天員在執(zhí)行任務(wù)的前兩天，會(huì)對(duì)飲食做出調(diào)整，他們一般只吃一些低殘?jiān)氖澄铮阅菚r(shí)還沒(méi)有專門(mén)收集大便的裝備。

不過(guò)科學(xué)家設(shè)計(jì)出了一種尿液收集器，這種尿液收集器構(gòu)造很簡(jiǎn)單，它是一個(gè)小塑料袋，用皮帶綁在航天員腰部。

后來(lái)，科學(xué)家又把目光聚焦于高分子吸水材料，并且用這種材料為宇航員做成了一種特殊的紙尿片。這種紙尿片吸水性強(qiáng)，里面的吸水材料可以把尿液變成絮狀固體物，同時(shí)還具有除臭的功效。有了它，宇航服里的感應(yīng)裝置不會(huì)受到尿液干擾。

糞便收集袋

隨著人類探索太空的步伐加快，航天飛行的時(shí)間不斷加長(zhǎng)，各國(guó)的航天員們也開(kāi)始面臨如何解決固體排泄物的問(wèn)題。

科學(xué)家們參考了最初的尿液收集袋設(shè)計(jì)出了簡(jiǎn)易的糞便收集袋。航天員們用這種專用的排泄物收集袋來(lái)收集排泄物，袋子里事先裝好了殺菌劑，便后航天員要手動(dòng)將袋子密封起來(lái)，袋子里的殺菌劑可以讓排泄物性狀更穩(wěn)定，方便存放。

但是這種袋子在失重環(huán)境中操作起來(lái)并不方便，這顯然是一項(xiàng)對(duì)精確度要求非常高的工作，航天員使用時(shí)每一步都要小心翼翼，必須保證準(zhǔn)確無(wú)誤地把排泄物排進(jìn)袋子里，稍有疏忽就可能看見(jiàn)自己的排泄物在天上漂浮的尷尬情況。

太空馬桶發(fā)展史

不管是塑料排泄物收集袋還是紙尿片都只適用于短時(shí)間的航天飛行，執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間的太空飛行任務(wù)，必須有更先進(jìn)的裝備。經(jīng)過(guò)不斷的努力，科學(xué)家們終于研究出了一款“太空馬桶”。

國(guó)際空間站有兩個(gè)太空馬桶，一個(gè)是安裝在Tranquility模塊中的美國(guó)的“UWMS”太空馬桶，另一個(gè)安裝在俄羅斯的Zvezda模塊中的俄羅斯研制的太空馬桶。

美國(guó)的“UWMS”太空馬桶應(yīng)該算是它的第二代太空馬桶，之前美國(guó)曾推出第一代太空馬桶“WCS”，也就是“廢物收集系統(tǒng)”。

作為第一代產(chǎn)品，“WCS”給人的體驗(yàn)并不很美好，而且它還多次出現(xiàn)故障，1982年，在“STS-3”試飛中，“WCS”系統(tǒng)出現(xiàn)故障，兩名航天員杰克·盧斯馬和戈登·富勒頓不得不把排泄物裝入名為“糞便遏制裝置”的備用設(shè)備中；1992年，在“STS-46”飛行期間，“WCS”系統(tǒng)再次出現(xiàn)故障。

后來(lái)，國(guó)際空間站開(kāi)始使用俄羅斯制造的太空馬桶，這種馬桶比“WCS”更方便，不過(guò)這款太空馬桶的造價(jià)也是令人咋舌，大約需要1900萬(wàn)美元，折合人民幣約1.3億。

此后，美國(guó)又歷時(shí)6年，耗資2300萬(wàn)美元重新研發(fā)了一套太空馬桶，并且于2020年10月交付國(guó)際空間站使用，美國(guó)將它命名為“UWMS”（通用廢物管理系統(tǒng) ）。這種馬桶重45公斤，高71厘米。它的體積比之前空間站使用的馬桶減少了65%，因?yàn)槭褂昧?D打印技術(shù)，新型馬桶重量也比之前降低了40%，而且這款馬桶更人性化，女性用起來(lái)更簡(jiǎn)便、衛(wèi)生。

如何使用“太空馬桶”

和我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的“抽水馬桶”相比，“太空馬桶”更像是一個(gè)“抽氣馬桶”，因?yàn)樗鋫淞艘粋€(gè)可以產(chǎn)生吸力的神奇高壓風(fēng)機(jī)。

失重狀態(tài)下，航天員上廁所時(shí)必須先用綁帶把自己固定在馬桶上，然后打開(kāi)馬桶上的高壓風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)迅速產(chǎn)生氣流吸走排泄物，并且將固體排泄物均勻分配，最終固體廢物會(huì)被裝在一個(gè)圓柱形容器中。同時(shí)為了減少占用空間，還會(huì)將容器暴露在真空中使其變得干燥。

起初“太空馬桶”排泄液體廢物和排泄固體廢物要分開(kāi)進(jìn)行，一次只能解決一個(gè)問(wèn)題。后來(lái)科學(xué)家對(duì)馬桶進(jìn)行了改進(jìn)，在里面加入了漏斗和軟管適配器，如果宇航員想排泄液體廢物，可以使用軟管適配器，通過(guò)漏斗狀的裝置排泄，這樣就可以將兩項(xiàng)工作同時(shí)進(jìn)行了。

馬桶男女通用，不過(guò)軟管適配器卻是有性別之分的。此外，馬桶也可以把排泄時(shí)產(chǎn)生的氣味一并帶走，保持空間站里空氣清新。

另外，飛船的衛(wèi)生間設(shè)置了門(mén)簾，為不同性別的宇航員提供了一個(gè)保護(hù)隱私的空間。

使用“太空馬桶”需要注意的問(wèn)題我們?nèi)粘Ｊ褂玫募矣民R桶直徑約為30-45厘米，但是“太空馬桶”的開(kāi)口直徑只有大約10厘米。這就要求宇航員要充分掌握如廁技巧，排便時(shí)要精準(zhǔn)地聚焦到這個(gè)微小的窟窿。

為此宇航員要專門(mén)進(jìn)行這方面的技巧訓(xùn)練。為了提高精準(zhǔn)度，馬桶里還裝了一個(gè)攝像頭，坐上去之后可以通過(guò)旁邊的顯示器觀測(cè)位置是否準(zhǔn)確。

因?yàn)樘振R桶類似于“抽氣馬桶”，使用時(shí)要注意密封性，也就是身體必須緊貼馬桶邊緣，如果密封不嚴(yán)，那么內(nèi)部氣流力度不夠，就不能很好地收集排泄物。

另外，在太空中排氣也要小心謹(jǐn)慎。日常生活中，我們覺(jué)得此事無(wú)關(guān)緊要，但在太空中此事卻非同小可。人體排放的氣體中有氫氣和甲烷等成分，這些都是可燃?xì)怏w，隨意排氣可能引起火災(zāi)甚至是爆炸。此外，排出氣體的反作用力還可能把人推走。因此，為了安全起見(jiàn)，航天員的排氣問(wèn)題也需要在馬桶內(nèi)解決。

我國(guó)的“太空馬桶”我國(guó)的天和核心艙長(zhǎng)16.6米，立起來(lái)相當(dāng)于6層樓房的高度，艙體最大直徑4.2米，比高鐵車(chē)廂還要寬，核心艙的可活動(dòng)空間達(dá)到50立方米。

核心艙為每名航天員配置了獨(dú)立睡眠區(qū)和專用衛(wèi)生間，衛(wèi)生間里有我們自主研發(fā)的太空馬桶。

這種馬桶具體是什么樣子的，目前還沒(méi)有公布。不過(guò)它應(yīng)該具備了之前幾種類型的“太空馬桶”的基本功能，可以在克服微重力的情況下完成排泄物的收集工作，并且完成真空封裝存儲(chǔ)等后續(xù)處理流程。

收集起來(lái)的排泄物如何處理呢？

我們知道在太空宇航員的如廁問(wèn)題如何解決了，有人不禁要問(wèn)，收集起來(lái)的排泄物又該如何處理呢？

當(dāng)飛船返回地球穿越大氣層時(shí)，會(huì)和大氣層摩擦，飛船表面會(huì)燃燒起來(lái)，此時(shí)那些裝排泄物的容器會(huì)一起被燒掉，里面的固體排泄物也一起被焚燒干凈。所以，這些排泄物最終有可能成為你所看到的美麗流星。

對(duì)于尿液的處理則與固體排泄物不同，收集起來(lái)的尿液會(huì)進(jìn)行過(guò)濾、蒸餾處理，經(jīng)過(guò)多層凈化后最終變成可飲用的純凈水。

這樣循環(huán)使用可以節(jié)約資源，降低成本，因?yàn)榭臻g站里包括水在內(nèi)的每一種物資都很寶貴，每運(yùn)送一公斤物資上空間站成本大約在2萬(wàn)美元以上，國(guó)際空間站每年補(bǔ)水所需要的費(fèi)用就高達(dá)2200萬(wàn)美元。

而尿液中不能使用的部分會(huì)和固體排泄物一起放到容器里，回地球時(shí)一起在大氣層焚燒掉。

寫(xiě)在后面的話

不得不說(shuō)如今的太空之旅和之前相比有了很大改善，天宮空間站天和核心艙內(nèi)可對(duì)食品加熱、冷藏，還有飲水設(shè)備和可收放餐桌，鍛煉區(qū)還配備有太空跑臺(tái)、太空自行車(chē)，航天員可進(jìn)行在軌鍛煉，而太空馬桶的應(yīng)用也很好地解決了航天員的如廁問(wèn)題。

新型的太空馬桶更加人性化，也更考慮到了王亞平等女航天員的需求，這一切都將為航天員們提供舒適健康的太空工作生活體驗(yàn)。

此次飛天又是一次不平凡的旅行，又是一個(gè)向全世界展現(xiàn)我們中國(guó)力量的時(shí)刻，這必將為我國(guó)以后航天事業(yè)的發(fā)展打下更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相信三位航天員一定可以出色地完成任務(wù)并平安歸來(lái)！