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文|微观史纪编辑|微观史纪400斤。这是神舟十八号三位航天员,在太空出差半年积攒下的“特殊行李”的重量。
你可能很难想象,在浩瀚星空中,除了完成各种高精尖的科研任务,航天员们还要面对一个接地气的难题——如何上厕所。这可不是一件轻松的事,毕竟在失重的环境下,任何东西都会飘浮起来,包括……你懂的。
这400斤“特殊行李”,既是航天员太空生活的必然产物,也蕴藏着未来太空探索的关键密码。让我们一起揭秘“太空如厕”的进化史,看看它是如何从简单的生理需求,一步步走向资源循环利用的未来。
地球上的我们,习以为常地享受着重力带来的便利。水往低处流,苹果落地,甚至连上厕所这种私密的事情,都离不开重力的帮忙。
但在太空,这个我们赖以生存的基本法则却失效了。在那里,一切物体都处于漂浮状态,失去了方向感。这种失重环境,给航天员的太空生活带来了前所未有的挑战,尤其是排泄问题。想象一下,在没有重力的情况下,排泄物会像顽皮的精灵一样四处飘散,不仅会造成舱内环境的污染,还会给航天员带来巨大的困扰,甚至危及他们的健康和安全。
航天员在太空中的生活,并非如科幻电影中那般浪漫写意。除了要完成繁重的科研任务,他们还要面对各种生活琐事,其中就包括“吃喝拉撒”这些基本生理需求。
正如神舟十八号的经历所展示的那样,航天员的食谱越来越丰富,甚至还能在中秋节享用莲蓉月饼。然而,食物的摄入必然伴随着排泄物的产生。据报道,一名航天员平均每天会排出1.6千克尿液和0.2千克粪便。
如果按照三名航天员在太空停留半年计算,他们的排泄物总量将达到惊人的400斤左右。这些“日产垃圾”,主要由尿液、粪便、汗液、以及人体自然脱落的皮屑等组成,是航天员体内新陈代谢的产物,也是太空生活中不得不面对的现实问题。
从中国载人航天工程的起步阶段到如今,太空厕所的进化史,见证了中国航天科技的飞速发展。想当年,杨利伟在神舟五号执行任务时,只能依靠航天服内类似尿不湿的装置来解决排泄问题,所有排泄物都必须带回地球处理。
而如今,神舟十九号的航天员们已经可以使用更加先进的“太空马桶”。这种“太空马桶”不再是简单的收集装置,而是集成了尿液净化、粪便处理等多种功能的高科技产品,极大地提升了航天员的生活质量和太空探索的效率。
水是生命之源,在资源有限的太空环境中更是如此。为了减少对地面补给的依赖,中国航天员再生生保团队在尿液回收处理方面取得了重大突破。
他们攻克了尿液钙结晶与沉淀、蒸馏废弃处理等一系列技术难题,成功将尿液提纯成可饮用的水资源,实现了空间站的水资源循环利用。这项技术的核心,是利用一系列物理和化学方法,将尿液中的杂质和有害物质去除,最终得到符合饮用标准的纯净水。
神舟十二号任务期间,尿处理子系统表现优异,将600多升尿液转化成了500多升尿蒸馏水,转化率高达83%,这不仅为航天员提供了宝贵的饮用水,每年还能节省超过20亿元的运输成本,相当于省下了一艘天舟货运飞船的费用。
相较于尿液处理,粪便处理的过程则更为复杂。以神舟十三号航天员翟志刚的亲身经历为例,太空如厕并非易事。
航天员需要使用特制的粪便收集袋,袋口设有弹性松紧带,方便固定在“太空马桶”的开口端。“太空马桶”的内桶底部设有多个小孔,通过抽气管路抽气,使收集袋内形成负压,从而有效收集粪便并减少臭气外溢。
如厕结束后,航天员需要将粪便袋密封,再装入另一个不透明的袋子进行热封和消毒处理,最后将其存放在指定位置。值得一提的是,由于太空环境的特殊性,航天员在上厕所时还需要用绑带将自己固定在“太空马桶”上,以防止身体在失重状态下飘走。这看似简单的操作流程,背后却凝聚着无数科研人员的智慧和心血。
这些处理好的粪便袋并非简单的“太空垃圾”。它们会被定期收集,然后转移到货运飞船上,最终带回地球进行处理。
值得注意的是,航天员需要每月检查这些密封的粪便袋,确保没有胀气现象。如果发现胀气,则需要使用空间站的净化装置进行处理,以防止有害气体释放,影响空间站的空气质量和航天员的健康。早期的太空如厕体验远不如现在这般舒适便捷。
例如,2003年,杨利伟在神舟五号执行任务期间,只能使用航天服内的简易装置收集尿液,所有排泄物都需要带回地球处理。而如今,随着科技的进步,太空厕所的功能越来越完善,操作也越来越人性化,极大地改善了航天员的太空生活质量。
据报道,航天员在上天之前,还需要接受专门的“太空如厕”训练,学习如何对准直径仅10厘米的马桶孔,确保排泄物不会飘散出来。这足以说明,在太空上厕所,并不是一件简单的事情。
目前,国际空间站处理粪便的主要方式是压缩处理后密封储存。这种方式可以有效减少粪便的体积,并抑制细菌滋生,防止产生有害气体。
压缩后的粪便会被储存在特制的容器中,等待货运飞船返回地球时一并带回。然而,这种处理方式并非长久之计。
随着人类太空探索的不断深入,未来可能会在月球或火星上建立永久性基地。届时,将大量的粪便运回地球将变得impractical,成本高昂且效率低下。因此,探索更加高效、可持续的粪便处理方式,成为了摆在科学家面前的一道难题。
粪便,在地球上被视为废弃物,但在资源匮乏的太空中,却可能变废为宝。科学家们正在积极探索将粪便转化为植物肥料的可能性。
粪便中含有丰富的氮、磷、钾等植物生长所需的营养元素,如果能够将其有效利用,就可以在太空中种植作物,为航天员提供新鲜的食物来源,进一步减少对地面补给的依赖。然而,这项技术目前仍面临一些挑战。
例如,如何确保粪便在转化过程中不会污染空间站的环境,如何控制粪便中的有害细菌和病毒,都是需要解决的关键问题。此外,粪便的成分复杂,如何将其高效转化为植物可吸收的营养物质,也需要进一步的研究和探索。
粪便不仅仅是废弃物,它也是一面反映人体健康的镜子。通过分析航天员的粪便样本,科学家们可以了解人体在太空环境下的生理变化,例如肠道菌群的变化、新陈代谢的情况等。
这些数据对于研究长期太空飞行对人体的影响至关重要,可以帮助科学家们开发更有效的防护措施,保障航天员的健康和安全。此外,粪便样本还可以用于研究太空环境中的微生物,探索生命在极端环境下的生存机制,这对于拓展人类对生命的理解具有重要意义。
“太空如厕”的未来,不仅仅是解决航天员的生理需求,更是构建太空资源循环利用体系的重要一环。随着人类太空探索的不断深入,在月球或火星上建立永久性基地将成为必然趋势。
在这些远离地球的基地中,资源的循环利用将变得至关重要。通过将粪便、尿液等废弃物转化为可利用的资源,例如植物肥料、饮用水等,可以最大限度地减少对地球补给的依赖,降低太空探索的成本,并为人类在太空的长期生存和发展奠定基础。
从杨利伟的“尿不湿”到如今的“太空马桶”,“太空如厕”的进化史,浓缩了中国航天科技的飞速发展,也体现了人类对太空探索的不断追求。“太空如厕”不仅关乎航天员的生理需求和生活质量,更关乎人类在太空的长期生存和发展。
它不再仅仅是一个简单的生理问题,而是一个涉及资源循环利用、科学研究、太空基地建设等多个领域的复杂系统工程。随着科技的不断进步,我们有理由相信,“太空如厕”的未来将更加智能化、高效化和可持续化,为人类征服星辰大海的梦想保驾护航。
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