NASA 將價值 2,300 萬美元的馬桶送上天,背後是一部辛酸的太空史

作者 | 發布日期 2020 年 10 月 17 日 0:00 | 分類 科技趣聞 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


據世界廁所組織統計,人一生約有 3 年時間是花在上廁所,此刻或許你就在馬桶上看這篇文章。

你可能也曾在便秘時吐槽地心引力太小了,但你是否想過身處零重力太空的太空人,在太空上廁所一直困擾無數太空人,因為稍有不慎,就會出現宇宙「飛翔屎」。

為了提升太空人的如廁體驗,最近 NASA 將價值 2,300 萬美元的太空馬桶送上國際太空站。

毫無疑問,這是史上最貴的馬桶。

太空馬桶貴在哪?

NASA 新太空馬桶全稱是通用廢物管理系統(UWMS),重 45 公斤,高 71 公分,比目前國際太空站使用的廁所體積縮小 65%,重量減輕 40%,可整合到不同太空飛行器的生命支援系統。

▲ 通用廢物管理系統的長相。(Source:NASA

在零重力太空,大腸也處於失重狀態,因此無論怎麼用力也無法像地球順利排泄,只能透過強力氣流將糞便和尿液從體內抽出,並保存在特定容器。UWMS 的氣流是由 3D 列印的鈦合金雙風扇分離器產生。

▲ UWMS 的核心部件。(Source:NASA

比起老式太空馬桶,UWMS 還新增一個功能,就是打開馬桶蓋時自動啟動氣流,這能控制氣味擴散。

(Source:NASA

別小看這個功能,因為在太空不能像地球靠空氣流動自然驅散屎尿味,因此異味就凝固在空氣裡,NASA 太空人 Jason Hutt 對這氣味印象深刻

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汗液浸透的毛巾,將它們放在老式金屬垃圾桶裡,放在烈日下曬 10 天,然後打開它深吸一口氣。

同時 UWMS 也更符合人體工程學設計,鈦合金材料大大提升馬桶的耐腐蝕性和耐用性,以節省更多清理和維護的時間,讓太空人將更多精力用在研究探索等任務。

據 NASA 高級探測系統後勤計畫經理 Melissa McKinley 介紹,新款太空馬桶另一大特點是對女性太空人更友善,坐在馬桶上排便時,會利用特殊形狀的漏斗和軟管吸收尿,舊款馬桶只能分開進行。

▲ 吸尿的漏斗和軟管。(Source:NASA

此外,UWMS 還配備另一項黑科技,就是尿液淨化功能,可將太空人的尿液回收淨化處理,重新變回可飲用的水。

據悉 UWMS 的尿液淨化功能是透過尿素生物反應器電化學系統(UBE)做到,高效將尿素轉化為為氨,再將氨分解成水和能量。NASA 尿液處理工程師 Jennifer Pruitt 認為,這樣處理得到的純水比地球任何水都乾淨。

▲ 太空人喝水。(Source:影片截圖)

NASA 太空人 Jessica Meir 表示,目前國際太空站已可回收 90% 包括尿液和汗液等水性液體,試圖在國際太空站模擬地球的自然水循環。

在遠離地球的太空,水循環利用是太空人生存的關鍵。一來運輸成本高昂,國際太空站每年需補給 2,200 升飲用水,要花費高達 22 萬美元,而國際太空站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,物資補給難度也會增加。UWMS 的目標就是在人類前往火星前達 98% 液體回收率,國際太空站是目前唯一可驗證這套系統的測試地點。

(Source:NASA

NASA 之所以不惜花費巨資研發太空馬桶,除了為未來星際探索做準備,大概也是受夠了俄羅斯時不時故障的廁所。

2007 年 NASA 從俄羅斯訂購一款太空馬桶,並表示比自己研發更划算,沒想到卻成了很多太空人的惡夢。

從尿褲子到黑科技馬桶,是另類的「太空屎」

快給我一張衛生紙,這裡有一坨屎飄在空中。

這幕發生在「阿波羅 10 號」某次載人任務,指令長 Thomas P. Stafford 面對突如其來的「飛翔異物」,不得不求救。

早年太空船並沒有設置廁所,當時紙尿褲也還沒發明,太空人只能用形似保險套的尿袋來上廁所。那女太空人怎麼辦?不必考慮這個問題,那時只有男太空人。

(Source:NASA

但這種方式也不保險,1961 年艾倫·雪帕德(Alan Shepherd)成為美國第一位進入太空的太空人,但他同時也創下另一項尷尬的紀錄。

當雪帕德在火箭裡等待發射時,突然尿意襲來,便向指揮中心申請在太空服內解決,上級經過 2 小時討論後終於批准,這讓雪帕德成為第一位在太空飛行器裡尿褲子的太空人。

▲ 艾倫·雪帕德。(Source:NASA

如果太空人要上大號就沒辦法了,只能在發射前灌腸,進食時選擇低纖食物避免刺激排便,做過大腸鏡檢查的朋友應不陌生。

直到阿波羅計畫後,太空人才有了排便專用的糞便收集袋,又稱為「阿波羅袋」,這是可黏在屁股上的袋子,每次方便後還要放入殺菌劑捏碎。

(Source:Mentalfloss

由於太空船空間有限,當時太空人的排泄物不會留在船上。尿液會從船左舷直接排出去,並迅速結成冰晶。阿波羅 9 號的太空人 Russell Schweickart 曾表示:

太空軌道最美麗的景象,就是日落時的尿液。

阿波羅登月時,為了減輕太空船返航時的重量,太空人直接將用過的「阿波羅袋子」扔在月球上。不久前美國宣布重啟登月計畫,任務之一就是將留在月球的 96 袋大便帶回來。

到了 1980 年代,稱為「太空服之父」的華裔工程師唐鑫源研發出有強力吸水性的材料,用這種材料製成的太空紙尿褲可吸水 1,400 公克,讓太空人執行 10 小時任務不中斷,大大解決太空人的方便問題。

▲ NASA 為女性太空人研發的可吸收內褲。(Source:Smithsonian

深知這種太空紙尿褲強大吸水能力的太空人莎瑪麗·諾瓦,甚至穿上它連續開車 12 小時、跨越 1,440 公里追殺橫刀奪愛的情敵

後來這種材料也廣泛應用到民用領域,人們今天穿的紙尿褲,都得感謝唐鑫源。

目前國際太空站共有 2 間廁所,分別位於俄羅斯和美國兩個艙室,都採用氣流吸出排泄物,透過旋轉扇葉將固體廢物分散到容器,比過去有很大進步。

不過在太空上廁所依舊不容易,因太空馬桶的開口只有日常使用馬桶的四分之一,要瞄準並不容易。

因此國際太空站專門在馬桶旁安裝模擬馬桶供太空人練習,這個模擬馬桶開口內建鏡頭,坐上去後能透過旁邊的顯示器看看你是否對準。

上完廁所,太空人還要拿鏡子照照後面,看看是否有不應該出現的東西留在身後,這畫面光想都很好笑。

這些都不算什麼,當廁所故障才讓人絕望。之前國際太空站 2 間廁所多次故障,照太空人Peggy Whitson 的說法,有時候她甚至要用手抓住飄在空中的糞便。

當太空馬桶失靈,不只是衛生問題,甚至會威脅到太空人的健康。NASA 科學家曾在國際太空站廁所發現對抗生素有高抗藥性的菌株,可能會進化成致病細菌,導致太空人生病。

為了設計出更好用的太空馬桶,今年 6 月 NASA 還啟動「月球廁所挑戰賽」活動,向全球徵集「月球廁所」設計方案,將在 2024 年登月計畫使用。

(Source:herox

NASA 要求「月球廁所」必須滿足多項設計要求,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,太空人可能又將迎來體驗更好、造價更高的新款太空馬桶了。

從地球到太空,科技產品的「性別偏見」無處不在

無論已送往國際太空站的 UWMS,還是大眾徵集的「月球廁所」,都在強調需要滿足女性太空人的使用要求,這可說是一大進步,同時也反映出過去航太設備以男性為中心的問題。

就以目前國際太空站的廁所來說,即便體驗提升不少,但女性太空人排尿時對準漏斗的難度還是比男性要高。

無獨有偶,原定去年 3 月進行的首次全女性太空漫步被迫取消,原因居然是沒有適合女性太空人的太空服尺寸,後來 NASA 才發表非固定尺寸、男女都合身的新太空服

▲ NASA 新一代登月太空服。(Source:THE VERGE)

早年美國將女性排除在太空人候選人之外,原因是懷疑女性遇到生理期時會失血過多,後來證明這個問題不存在。

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

所幸隨著社會觀念轉變,性別偏見也慢慢改變。搭載中國首位女太空人劉洋的神舟九號,就為她修改了艙內太空衣設計,針對女性手掌製作更適合女性太空人使用的手套。

▲ 劉洋。

其實除了太空,產品設計等的「性別偏見」,在地球隨處可見。

如汽車安全帶的設計就不怎麼考慮女性。據統計,近 10 年美國機動車事故,女性受輕傷的可能性比男性高 71%,受重傷的可能性比男性高 47%,死亡率比男性高 21%。

這是因汽車碰撞測試採用的人體模型大多是以男性平均身材為標準,而「中國汽車技術研究中心中國新車評價規程」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,女性假人在預設測試場景只是後排乘客。

醫療領域也不乏「重男輕女」產品設計,法國醫療科技公司 Carmat 生產的人造心臟初始就是以男性身材為標準,因此這關乎人命的產品適用 86% 男性,卻僅適用約 20% 女性。

今年疫情期間,不少女性醫護人員也不得不穿著儘管是最小號卻依然過大的防護衣,大大增加了感染風險。

▲ 對女性醫護人員來說過大的防護衣。

雖然性別平等話題在網路時常會陷入無休止的爭吵,但大量科技產品已成為器官延伸的今天,消除產品的性別偏見,讓每個人都平等體驗科技帶來的便利,依舊是有價值的事。

都說設計以人為本,本就不應有男女之別。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:pixabay

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