揭秘太空廚房和太空馬桶,如何助力航天員在宇宙生存?

奇趣     2021年10月19日

我們在地球上有著重力的幫助,吃飯和排泄都很稀鬆平常,然而你想過人在微重力的太空中如何進行這些活動嗎?神舟十三號有著長達6個月的航行流程,保證生命的食物和水從哪來?「屎尿屁」這類排泄物如果漂浮在空氣中又怎麼辦?

不用擔心,一切只是人類上宇宙所面對的小小挑戰,本次神舟十三號發射成功,離不開航天員、工作人員和科學家繁多、複雜的準備。

揭秘太空廚房和太空馬桶,如何助力航天員在宇宙生存?

「太空廚房」

首先是最重要的「吃」,科研人員為航天員制定了特別的食譜,每天都必須按照食譜嚴格進食,不能「隨心所欲」。上天之前,航天員還必須進行洗腸。通過在「洗腸機」中注入接近體內溫度的潔凈水,將細管輕輕插入航天員的直腸約2~3厘米,用低壓將腸內壁上的廢物軟化、稀釋,再進行排出。

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這樣可以預防病毒、細菌等微生物以航天員為「載體」進入航空艙,畢竟誰也不知道病菌在太空環境下會不會變異為「太空病菌」,造成人類無法收場的局面。之後,航天員會攝入水餃、麵條一類的低產氣食物,不會餓著肚子上太空,這些食物在補充能量的同時,又能讓航天員的體內氣壓維持在較低的水平,在出艙的低壓工作中不至於身體不適。

等到航天員在太空中穩定下來,就會相對自由一些,為了調劑艱苦、乏味的太空工作,為航天員設計的食物配置可以說是相當豐富,幾個月前神舟十二號的菜譜披露,有多達120種航天食品:藜麥桂花粥、椰蓉麵包、什錦炒飯、紅燴豬排、巧克力、曲奇餅乾等等,盡在其中,可以在滿足營養和熱量的前提下搭配出很多組合,羨煞了一眾網友。

揭秘太空廚房和太空馬桶,如何助力航天員在宇宙生存?

3個人、6個月的食物當然不可能是憑空變出來的,而是儲存在航天冰箱內,在必要時候用「太空廚房」做出。

航天冰箱能克服飛船升空過程中強烈的震動,以及太空微重力環境下溫度場不均勻的難題,甚至,通過物聯網技術,它可以被地面遙控,為航天員提供了食物保障的同時還減少了航天員的工作量。

而「太空廚房」則是一個安裝在飛船內的白色方盒,裡面有三層加熱空間,按下電源開關等待片刻,熱騰騰的飯菜便新鮮出爐。

「太空馬桶」

吃的問題解決了,排泄怎麼辦呢?「屎尿屁」三俗問題上升到太空中,也會變得高大上起來——新型太空馬桶,別稱叫「通用廢物管理系統」,耗資2300萬美元研製,它不用水,而用氣,開口比普通馬桶小好幾倍,可以有效控制糞便的「漂浮」方向,並用強大的吸力在排泄物排出的一瞬間將它「吸」回去,不讓它們在空中亂飄。實現它的技術說起來也不陌生,就是3D列印的鈦合金風扇分離器。

揭秘太空廚房和太空馬桶,如何助力航天員在宇宙生存?

普通馬桶會將屎尿排入專門的污水管,最後導入化糞池,太空中寸土寸金,自然是不可能建立化糞池的,我國首位進入太空的航天員楊利偉,在他21小時左右的太空航行中,小便都由航天服內的一個特殊裝置收集,這個裝置可以將小便里的水吸干,讓裡面的尿素變為固態並除味,便於與其他垃圾一起丟棄。可是3個人,6個月,三餐都正常吃,規模將遠遠超過那個程度。

於是,就要看太空馬桶里的尿凈化系統了。通過生物反應和電化學反應,尿中的尿素能被轉換為氨,氨又進一步被分解為水和能量。這個過程中,水的回收率達到了98%,而且經過凈化,產生的純凈水甚至可以直接飲用,比起用貨運飛船向載人飛船運送飲用水,這樣既省成本,又真正實現了航空艙內的自循環。

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值得一提的是,本次神十三的航天員中有一位名叫王亞平的女同志,女性航天員之所以比例小,除了體力很大原因就是在於月經上。短期的航行中,可以服用避孕藥延後經期,在長達6個月的太空旅行中卻顯然不能這樣做,攝入過量的避孕藥會導致女性不育,不值得提倡。

太空馬桶也沒有處理血液的能力,因此女航天員只能用衛生巾、尿不濕等衛生用品單獨處理。好在失重不會導致月經無法排出,給女航天員的身體帶來損害,因此,這點小麻煩是完全可以接受的。

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我國的兩位女性航天員劉洋、王亞平

大量固體糞便則是比尿液和月經更大的麻煩,在以前沒有太空馬桶的年代,時常發生讓人啼笑皆非的事故。以前,航天員對於大便都是直接將它裝進特製的大便收集袋,放入殺菌劑,搖勻,混合,然後直接把袋子扔到月球表面。

但偶爾也會有航天員操作失誤,導致有大便在眾目睽睽下華麗飄過,嚇了所有航天員一跳,又令地面工作人員啼笑皆非的事故。而有了太空馬桶之後,糞便收集後將被乾燥處理,排出水份,進行除味,剩下的垃圾將與無人貨運飛船一起,在返航的時候被銷毀。

如何洗澡?

吃喝拉撒解決了,航天員的個人衛生呢?我們在地球上洗淋浴,水會自然下落,輕而易舉就可以將身上的污垢沖洗,但太空卻無法實現。而我們看到之前的神十、神十二航天員凱旋,身上和臉上乾乾淨淨,顯得很有神采,他們是如何做到的?

揭秘太空廚房和太空馬桶,如何助力航天員在宇宙生存?

目前,我們國家的航天員清潔身體還是主要依賴於擦拭,將毛巾打濕,加熱,擦拭身體,洗頭也是使用特製的洗髮液,有96%的成分從植物中提取,在失重環境下能變為細小的顆粒,在頭皮上摩擦的同時帶走污垢,事後再用毛巾擦拭乾凈。

以前,國外部分空間站內也有洗澡間:航天員進入之後首先需要先固定住自己的雙腳,接著戴上呼吸罩和護目鏡。這是為了防止身體不受控制地翻滾,鼻子和嘴巴吸入空氣中失重的小水珠,導致嗆到。洗完之後,污水不會從身體上流下來,而是通過抽氣將它吸走,這個過程花費的時間遠遠大於洗澡本身,後來就用得少了。

揭秘太空廚房和太空馬桶,如何助力航天員在宇宙生存?

比起洗澡本身的困難,反而更考驗航天員心理上的耐受力,畢竟大多數人——尤其是愛乾淨的女同志,肯定難以想像6個月無法正常洗澡,大多數時間待在狹小空間的生活。也因此,航天員的犧牲更值得我們尊敬。

如廁史、洗澡史……一切解決航天員個人生理問題的技術,都是人道主義和人文關懷的進步,航天員前往宇宙實現「摘星夢」,離不開腳下堅實的中國大地!

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