NASA最新發射的黑科技馬桶造價1.5億 宇航員們如廁體驗更好了

美劇《生活大爆炸》里的一個情節是,霍華德給空間站設計的「太空馬桶」因為出現故障坑慘了宇航員。那麼問題來了:現實生活中,宇航員在太空如何上廁所呢?其實,在太空上廁所堪稱一道宇宙級難題,畢竟幾乎零重力的環境下再也不能像在地球上那樣馬桶沖水了,甚至於還可能出現尷尬的「太空飛翔」場面。

為了保證宇航員們在太空也能優雅地解決內急,NASA 前不久向國際空間站發射的一艘無人駕駛飛船上,搭載了一款重要的設備——一個價值 2300 萬美元(約合人民幣 1.5 億元)的天價馬桶。

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就長上面這樣,看着還挺硬核!

其實,這個全宇宙最昂貴的馬桶代表了 NASA 地外盥洗設備的最新技術進展,而且男女皆可使用。

1.5 億,天價馬桶貴在哪?

早在 2015 年底,NASA 就開始了「天價馬桶」的采購計劃,「天價馬桶」集成和國際空間站應用計劃也是在 2015 年就開始了。

當時的計劃是,「天價馬桶」在 2020 年作為技術演示有效載荷現身國際空間站,將包含尿液預處理劑量泵/預處理質量指示裝置,不僅要解決宇航員們的內急問題,還可以在太空實現水回收。

如果能達到預期效果,「天價馬桶」也將成為 Artemis 重返月球計劃的一部分有效載荷,之後還將用於各類短期、長期的 NASA 太空任務。

NASA 與各地太空中心共同開展了這項工作,馬桶本身的造價也是達到了 2300 萬美元(約合人民幣 1.5 億元)。

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太空馬桶,想想就覺得製造起來不容易,但這麼貴有道理嗎?

當地時間 2020 年 10 月 6 日,NASA 官方 po 出的一段視頻中,一位美國宇航員 Chris Cassidy 帶着觀眾參觀了馬桶和「廢物衛生隔間」(WHC),並向大眾解釋,在太空中想上廁所的心情和地球上一毛一樣。就像是在說,這款太空馬桶即使貴,也貴的值得!

那麼,「天價馬桶」貴在哪?

先來看看尺寸,它重約 100 磅(45 公斤),高 28 英寸(71 厘米),實際上這種設計考慮到的一個因素是:未來用於將人送往火星的「獵戶座」(Orion)太空艙內空間有限,馬桶不能設計得太大。

目前國際空間站上有 2 個俄羅斯設計的馬桶(如下圖),但這次的「天價馬桶」大小上要比它們小 65%,輕 40%,而且更為節能。

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正如這一項目的經理 Melissa McKinley 在此前的新聞發布會所說的:

航天器上的空間和能量極為寶貴,這些優化可以在很多方面有所幫助。

「天價馬桶」的官方稱呼是:通用廢物處理系統(Universal Waste Management System),這個名字實際上反映出了它的工作原理

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事實上,所有太空馬桶都依賴於一個重要的東西:吸力。微重力環境下一切都會漂浮,為避免「艙內流星雨」的尷尬狀況,這一系統可利用吸力防止排泄物溢出。

宇航員在小便時,要使用附在軟管(如下圖)上的漏斗,軟管可通過風扇將尿液拉入水箱。

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而在大便時,宇航員要坐在一個槽上面,通過風扇將糞便拉入收集袋。同時設計團隊為大便場景還專門配備了一個可移動的「廢物壓實機」——宇航員把收集袋密封好之後,推入下方的一個罐中,直到罐子裝滿為止。裝滿後,便便會與其他垃圾一起丟棄到外層空間。

NASA 的錢還花在了一項 3D 打印的鈦金屬特殊裝置上。這一裝置主要的特點就是耐酸,因為要分解尿液中的沉積物需要高酸性溶液,這一設計有助於幫助對尿液預處理再回收利用的過程。

值得一提的是,宇航員用酸來處理尿液,可以轉化成自己的飲用水!emmm…

整體而言,相比此前,新馬桶的舒適度和性能自然都大大提升了:

  • 為了更好地適應女性的身體結構,排尿漏斗和外觀也都進行了全新設計。

  • 新馬桶採用了傾斜坐墊,也比以前更適合收集更多的廢物。

  • 新馬桶是全自動的,而此前需要宇航員翻轉開關才能啟動。

上太空,便便問題是大事

可以說,上太空難,在太空上廁所比上太空還難。

正如阿波羅 11 號指令艙駕駛員 Michael Collins 曾表示,媒體記者狂轟濫炸地問在太空孤獨一人的感覺如何,但我希望他們問我:你在太空里怎麼上廁所?

提到 Alan Shepard 這個名字,航天愛好者可能脫口而出:

他 1961 年 5 月 5 日乘坐「自由 7 號」宇宙飛船遨遊太空,是美國第一位進入太空的宇航員,美國總統克林頓曾稱贊他是美國最偉大的宇航員之一。

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沒錯,但當年還發生了一個小插曲——火箭即將發射之際,Alan Shepard 弱弱地表示:想尿尿怎麼辦,在線等挺急的!

最後經組織決定,Alan Shepard 先關掉宇航服內的監測儀器,直接尿在宇航服里,尿液通過氧氣循環系統風干。

之後的任務中,宇航員們也只能通過隨身綁袋子、管子來解決內急,但這並不是一個好的解決辦法,泄漏問題時有發生。

1969 年 7 月,人類首次登上月球,背後有一個人的功勞——「太空衣之父」唐鑫源。

曾為美國空軍設計高分子材料的唐鑫源,作為美國太空總署太空飛行中心材料研究所所長,負責當時太空服的改良研發。最終,綜合月球溫度和各種可能出現的極端情況,唐鑫源研製出了一種有強力吸水性的「紙尿褲」,解決了宇航員的小便問題。

就長下面這樣,後來紙尿褲從航天領域走向民用,所以說唐鑫源是名副其實的「紙尿褲之父」,曾獲美國總統頒贈的領袖獎章也有上百個。

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但如果宇航員想要大便,只能通過原始的隨身綁袋子的方法解決。一個傳言是:

為了飛船返航時減輕重量,宇航員們曾在月球上留下了 96 袋便便、尿液和嘔吐物。而將「地球垃圾」帶回來,就是美國 Artemis 重返月球計劃的任務之一。

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科技不斷進步,紙尿褲自然不是長久之計。

1970 年代,美國第一次在航天器上安裝一種類似於馬桶的簡易裝置,僅包含一個吸水軟管和一個漏斗。

2009 年,美國花費 2.5 億美元製造了尿液淨化器,並將其首次發射至國際空間站。

而在我國的神舟六號飛船上,當時也是裝備了自研的航天馬桶,原理和上述的「天價馬桶」類似。

還有哪些有效載荷?

搭載「天價馬桶」上天的飛船,正是於美東時間 10 月 2 日晚在美國弗吉尼亞州發射的天鵝座飛船 (Cygnus spacecraft)。

天鵝座飛船是美國軌道科學公司應 NASA 商業軌道運輸服務發展計劃開發的無人駕駛補給飛船,其主要目的就是向國際空間站補給物資。

作為 2020 年全球第 6 艘飛抵國際空間站的貨運飛船,此次天鵝座不僅帶了馬桶「上天」,還搭載了各類科學研究、技術演示和商業產品,可謂黑科技滿滿。

天鵝座飛船上的有效載荷主要包括:

  • 識別靶向癌症療法:基於治療白血病的 mRNA 藥物,利用微重力環境,篩選、測試用於癌症免疫治療的癌選擇性信使 RNA 。

  • 在太空沙拉中添加蘿卜:先前已經在空間站上種植了不同類型的植物,新的作物此次也將進入空間站,旨在增加太空食品的生產方法,為月球和火星任務做准備。

  • 太空漫步 VR 相機:一種 360 度定製相機,以沉浸式 VR 方式記錄空間站上的生活和研究。

  • 利用廢物產生能量和水:通過電化學技術闡明氨電化學氧化機理,考察微重力下氨氧化的過程,有利於開發月球和火星長期任務的水回收系統,並為地球上偏遠和乾旱的地區提供飲用水。

  • 開放空間站營業:NASA 要為空間站實現商業活動、發展低軌經濟做努力。通過展示在太空中進行商業活動的價值,幫助催化、擴展企業在太空探索市場。

來源:cnBeta