NASA 最新發射的黑科技馬桶造價 1.5 億！這下太空人們如廁體驗更好了

2020-10-22 雷鋒網

美劇《生活大爆炸》裡的一個情節是，霍華德給空間站設計的「太空馬桶」因為出現故障坑慘了太空人。那麼問題來了：

現實生活中，太空人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衝水了，甚至於還可能出現尷尬的「太空飛翔」場面。

為了保證太空人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。

就長上面這樣，看著還挺硬核！

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」的採購計劃，「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，不僅要解決太空人們的內急問題，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）。

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，一位美國太空人 Chris Cassidy 帶著觀眾參觀了馬桶和「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 釐米），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。

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

太空飛行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。

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洩物溢出。

太空人在小便時，要使用附在軟管（如下圖）上的漏鬥，軟管可通過風扇將尿液拉入水箱。

而在大便時，太空人要坐在一個槽上面，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」——太空人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 列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，太空人用酸來處理尿液，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，排尿漏鬥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，而此前需要太空人翻轉開關才能啟動。

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：你在太空裡怎麼上廁所？

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太空人，美國總統柯林頓曾稱讚他是美國最偉大的太空人之一。

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 先關掉太空衣內的監測儀器，直接尿在太空衣裡，尿液通過氧氣循環系統風乾。

之後的任務中，太空人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，洩漏問題時有發生。

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」，解決了太空人的小便問題。

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。

但如果太空人想要大便，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，太空人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。

科技不斷進步，紙尿褲自然不是長久之計。

1970 年代，美國第一次在太空飛行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鬥。

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 日晚在美國維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蔔：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準備。

  • 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。

引用來源：

https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/ng14-research-highlights

https://zhuanlan.zhihu.com/p/64068669

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