NASA新太空馬桶價值1.8億元 開發全因數十年太空辛酸「屎」

撰文:愛范兒
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據世界廁所組織統計,人的一生約有3年時間花在廁所裏度過,此刻或許你就在馬桶上看着這篇文章。你可能也曾在便秘時吐槽地心引力太小了,可你是否想過身處零重力的太空中的太空人。

在太空中上廁所一直困擾無數的太空人,因為稍有不慎就會出現宇宙「飛翔」。為了提升太空人的如廁體驗,最近 NASA 將一個價值2300萬美元(約1.8億港元)的太空馬桶送上國際太空站。毫無疑問,這是史上最貴的一個馬桶。

01/價值1.8億的太空馬桶,到底貴在哪?

NASA 這款新的太空馬桶研發了 6 年之久,全稱是通用廢物管理系統(UWMS),重45公斤,高71厘米,比目前太空站使用的廁所體積縮小了65%,重量減輕了40%,可以集成到不同航天器的生命支持中。

在零重力的太空中,人的大腸也處於失重狀態,因此無論怎麼用力也無法像地球一樣排泄,只能通過強力氣流將糞便和尿液從體內抽出,並保存在特定的容器中, UWMS的氣流則由是一款3D打印的鈦合金雙風扇分離器產生。

▼▼▼NASA新太空馬桶UWMS▼▼▼

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比起老式的太空馬桶,UWMS還新增了一個新功能,那就是在打開馬桶蓋的同時自動啟動氣流,這能控制氣味擴散。別小看這個功能,因為在太空不能像地球一樣靠空氣流動自然驅散廁所氣味,因此那些異味就凝固在空氣中,NASA太空人Jason Hutt對這種氣味印象深刻:

如果你想重現那種氣味,那就拿幾塊髒尿布、用過的微波爐食物包裝紙和幾條被汗液浸透的毛巾,將它們放在老式金屬垃圾桶中,放在烈日中曬上 10 天,然後打開它深吸一口氣。

同時UWMS也更符合人體工程學的設計,而鈦合金材料大大提升了馬桶的耐腐蝕性和耐用性,以節省更多清理和維護的時間,讓太空人能將更多精力放在科研探索等任務中。

據NASA高級探測系統後勤項目經理Melissa McKinley介紹,新款太空馬桶另一大特點是對女性太空人更加友好,可以坐在馬桶上排便的同時,利用特殊形狀的漏斗和軟管吸尿,而老款馬桶只能分開進行。

此外UWMS還配備了另一項黑科技,那就是尿液淨化功能,可以將太空人排出的尿液回收進行過濾淨化處理,重新變回可飲用的純淨水。據悉UWMS的尿液淨化功能是通過尿素生物反應器電化學系統(UBE)實現的,它可以高效地將尿液中尿素轉化為為氨,再將氨分解成水和能量。

(NASA Johnson/YouTube擷圖)

NASA尿液處理工程師Jennifer Pruitt認為這樣處理得到的純淨水比地球上任何水都乾淨。NASA太空人Jessica Meir表示,目前太空站已經可以回收90%包括尿液和汗液在內的水性液體,試圖在太空站中模擬地球自然中的水循環。

在國際太空站,今年的咖啡或許就是明天的咖啡。

在遠離地球的太空中,水的循環利用是太空人生存的關鍵。一來運輸成本高昂,國際太空站每年需要補給的 2200 升飲用水,就要花費高達 2200 萬美元,而太空站用於儲存飲用水的空間也有限。

另外如果人類要離開近地軌道探索更遠的星際空間,物資補給的難度也會進一步加大。UWMS 的設計目標就是在人類前往火星之前達到 98% 的液體回收率,而國際太空站是目前唯一可以驗證這套系統的測試地點。

NASA 之所以不惜花費 2300 萬美元來研發一款太空馬桶,除了為了未來的星際探索做準備,估計也是受夠了俄羅斯那個時不時故障的廁所。2007 年 NASA 曾花費 1900 萬從俄羅斯訂購了一款太空馬桶,並表示這比自己研發更划算,沒想到卻成了很多太空人的的噩夢。

相關圖輯:除了水資源外,NASA國際太空站更有種植生菜的計劃↓↓↓

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02/從尿褲子到黑科技馬桶,一部辛酸的「太空屎」

快給我一張手紙,這裏有一坨屎飄在空中。

這一幕發生在「阿波羅 10 號」一次的一次載人航天任務中,指令長 Thomas P. Stafford 面對着突如其來的「飛翔」,不得不發出求助。

早年的航天飛船中並沒有配備廁所,而當時紙尿褲也還沒發明出來。太空人只能用一個形似安全套的尿袋來方便。那女性太空人怎麼辦?不需要考慮這個問題,那時只有男性太空人。

但這種方式也並不保險,1961 年艾倫·謝潑德(Alan Shepherd)成為美國第一位進入太空的太空人,但他同時也創下了另一項尷尬的記錄。當謝潑德在即將發射的火箭中等待時,突然尿意襲來,便向指揮中心申請在宇航服內解決,上級在經過兩個小時討論後終於予以批准,這讓謝潑德成為了第一位在航天器中尿褲子的太空人。

不過如果太空人要「開大」就沒辦法了,只能在發射前灌腸,在飛船進食時選擇低渣食物來避免排便,做過大腸鏡檢查的朋友對此應該不陌生。

Apollo 9(GettyImages)

直到阿波羅計劃後,太空人才有了專門用戶排便的糞便收集袋,又被稱為「阿波羅袋子」,這是一個可以粘在屁股上袋子,每次方便後還要放入殺菌劑並捏碎。

由於航天飛船空間有限,當時太空人的排泄物不會留在飛船上。尿液會從航天飛機的左舷直接排出去,並迅速結成冰晶。阿波羅9號的太空人Russell Schweickart曾表示:

太空軌道上最美麗的景象,就是日落時的尿液。

在阿波羅登月時,為了減輕飛船返航時的重量,太空人直接將用過的「阿波羅袋子」扔在了月球,前不久美國宣布重啟登月計劃,其中一項任務就是將留在月球上的96袋糞便帶回來。

到了80年代,被稱為「太空服之父」的華裔工程師唐鑫源研發出一種強力吸水性的材料,用這種材料製成的太空紙尿褲,可以吸水1400毫升,讓太空人執行10小時任務,大大解決了太空人的方便問題。

深知這種太空紙尿褲強大吸水能力的太空人諾瓦克(Lisa Marie Nowak),甚至穿上它連續驅車12個小時、跨越1440公里追殺橫刀奪愛的情敵。後來這種材料也被廣泛應用到民用領域,人們今天能用上紙尿褲,都得感謝唐鑫源。

目前國際太空站上共有兩個廁所,分別位於俄羅斯和美國的兩個艙室內,都是採用氣流吸出排泄物,通過旋轉扇葉將固體廢物分散在容器中,比起過去已經有很大進步。不過在太空如廁依舊不容易,因為太空馬桶的開口只有我們日常使用的四分之一,要瞄準並不容易。

因此太空站專門在馬桶旁安裝了一個模擬馬桶供太空人練習,這個模擬馬桶開口內置了一個攝像頭,坐上去後能通過旁邊的顯示器觀察你是否對準。方便之後,太空人還要拿一塊鏡子照照後面,看看是否還有不應該出現的東西遺留在身後,這畫面想想都有點滑稽。

這些都不算什麼,當廁所在太空中出現故障才是令人絕望的。此前太空站的兩個廁所曾多次出現故障。按照太空人Peggy Whitson的說法,有時候她甚至要用手抓住漂浮在空中的糞便。

當太空馬桶失靈,帶來的不只是衛生問題,甚至會威脅到太空人的健康。NASA 科學家就曾在太空站廁所中發現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,導致太空人患病。

月球廁所挑戰賽(NASA)

為了設計出更好的太空馬桶,今年 6 月 NASA 還啟動了一項「月球廁所挑戰賽」的活動。面向全球徵集「月球廁所」的設計方案,用於 2024 年的登月計劃。NASA 要求這個「月球廁所」必須滿足多項設計要求,比如同時在微重力和月球重力環境下正常運作、兼容男性和女性使用者、可同時排尿和排便等。

再過幾年,太空人們可能又將迎來一個體驗更好、造價更高的新款太空馬桶了。

03/從地球到太空,科技產品中的「性別偏見」無處不在

值得注意的是,無論是已經送往太空站的UWMS,還是面向公眾徵集的「月球廁所」,都在強調需要滿足女性太空人的使用要求。這可以說是一大進步,同時也反映出過去航天設備以男性為中心設計的問題。

就以目前太空站的廁所來說,即便體驗已經提升不少,但女性太空人排尿時對準漏斗的難度還是比男性要大一些。

無獨有偶,原定去年3月進行的首次全女性太空行走被迫取消,原因居然是沒有合適女性太空人的宇航服尺寸,後來NASA才發佈了非固定尺寸,男女都能合身的新款宇航服。早年美國將女性排除在太空人候選人之外,原因是懷疑女性在太空中來月經時會失血過多,後來被證明這個問題並不存在。

原定去年 3 月進行的首次全女性太空行走被迫取消,原因居然是沒有合適女性太空人的宇航服尺寸,後來 NASA 才發佈了非固定尺寸(GettyImages)

就像《天堂花:女太空人的故事》作者在書中指出的,女性在航天領域一直面臨萬有引力和世俗偏見的雙重挑戰。

所幸隨着社會觀念的轉變,這樣的性別偏見也正在改變。在搭載中國首位女航天員的神舟九號上,就為劉洋修改了艙內航天服的設計,針對女性手型製作了更適合女性航天員使用的手套。

除了在太空,這種產品設計中的「性別偏見」,在地球上依舊隨處可見。

比如汽車安全帶的設計就沒怎麼考慮女性。據統計,在近 10 年的美國機動車事故中,女性受輕傷的可能性要比男性高 71%,受重傷的可能性比男性高 47%,死亡率比男性高 21%。這是因為汽車碰撞測試中採用的人體模型大多是以男性的平均身材作為標準。

而《中國汽車技術研究中心中國新車評價規程》中對汽車正面碰撞的要求,也是在駕駛座和副駕駛座放置男性假人,女性假人在默認的測試場景中只充當後排乘客。

醫療領域也這樣不乏「重男輕女」的產品設計。

法國醫療科技公司 Carmat 生產的人造心臟設計之初就是以男性的身材為標準,因此這個關乎人命的產品適用於 86 % 的男性,卻僅適配約 20 % 的女性。

而在今年疫情期間,不少女性醫護人員不得不穿着儘管是最小號,卻依然過大的防護服工作,大大增加了暴露感染的風險。

雖然性別平等的話題在網絡上時常會陷入無休止的爭吵中,但在大量科技產品已經成為我們器官延伸的今天,消除產品中的性別偏見,讓每個人都平等體驗科技帶來的便利,依舊是一件有價值的事。

都說設計以人為本,本就不應該有男女之分。

【本文獲「愛范兒」授權轉載,原文:NASA 將價值 1.5 億的馬桶送上天,背後是一部辛酸的「太空屎

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