太空内急怎么救？这是一篇有味道的科普文

中国航天科普微信公众号 2020-01-06

　　登上过礼炮7号空间站的航天员列别杰夫曾在航天飞行日记中写道：“在太空中处理自己的大小便，可不像人们想象中的那么简单和容易……上厕所就好像坐在扫帚上的魔女。”

　　是什么样的体验让列别杰夫这样形容太空上厕所呢？在太空又是如何上厕所的呢？

　　在载人航天飞行中，大小便的收集处理是废物处理中非常重要的内容，如果处理不当，会影响航天员的身心状态以及工作效率，航天器内环境质量和航天员的健康安全，甚至当次航天任务是否能够完成。

　　那么，航天器中是如何为航天员们解决内急问题的呢？实际上，废物收集处理技术也随着需求不断地改革和创新，并且逐步地达到更加洁净和舒适的效果。

　　美国的水星号飞船仅执行单人28小时的飞行任务，因此，不考虑大便收集。并且在飞行前3天，航天员就开始吃低残渣食物，这样，执行任务的时候就不会排大便了。当然，为了防止意外情况，水星号飞船上还是会准备一个大便收集袋的。

　　航天员约翰·格伦在水星号飞船中

　　由于水星号在飞行过程中不允许航天员脱下航天服，航天员会使用一个十分简单的尿液收集系统完成废物收集处理。它一直穿戴在航天员身上，靠直接接触密封。排尿时，通过快速断接器与尿液收集袋连接，便后放入储存器中，飞船返回时带回地面。

　　身穿航天服的水星号航天员瓦尔特·施艾拉

　　双子星座号任务时期，由于需要进行两人14天的飞行，工程人员对尿液收集系统进行了必要改进，能够将尿液定期排到舱外，只带少量分析用的样品回到地面。

　　对于大便，双子星座飞船配置了一个塑料收集袋。袋口有粘胶，使用时手动将收集袋袋口与臀部粘贴，形成密封。便后再手动密封，并与事先放在袋内的杀菌剂撮合，存放在废物箱中。

　　航天员托马斯·斯塔福德在双子星座9A号飞船中

　　阿波罗飞船的废物收集方法与双子星座飞船基本相似，为了出舱活动和应急飞行，还研制了能收集大便的弹性内裤。这种内裤在臀部有吸湿性良好的垫片，能够吸收大便中的湿气，产生的臭气通过航天服的通风循环系统消除，收集后的小便则通过大腿处的断接器排到废水箱。

　　可以看到，这三种方式的收集装置都与人体长期接触，会产生不适，并且手动操作费时费力，还容易污染空气，影响航天员的身心健康。于是，在天空实验室中，对废物收集处理系统进行了较大的变革。

　　天空实验室首次采用气流输送大小便和离心式分离技术。大便和尿液经水气分离后，在空气流作用下送到收集器贮箱。而输送过大小便的空气流经过杀菌、除臭、过滤后送回座舱，形成了一个废气净化的循环，整个收集过程实现了半自动化。

　　天空实验室废物收集和处理装置

　　美国在航天飞机上对废物管理系统又进行了改进和完善。它的个人卫生处理站上有坐便器，航天员排便后打开阀门，能够把便桶压真空，对大便进行真空干燥。再通过旋转式叶片压实器定期将干燥过的大便压实，减少废物占用的空间。

　　航天飞机上的个人卫生处理站

　　旋转式叶片压实器

　　另外，离心式水气分离器产生的气流能够收集和输送尿液，并将所有废气废液进行水气分离。废水将被送到贮箱贮存，废气净化后会送回座舱。航天飞机中的尿收集器也按照性别进行了不同的设计，方便航天员的使用。后来，这套系统的改进型还被应用在了国际空间站中。

　　尿收集器

　　那么，我们常常听说，航天器中尿液处理后还当饮用水喝的事情是真的吗？这还得从苏联的生物卫星上说起。那时，生物卫星上的小狗，它的大小便使用气流输送，这项技术起点高，经济适用。

　　坐在座舱内的小狗莱卡

　　短期飞行的苏联东方号飞船只简单设置了尿收集系统。后来在和平号、礼炮号空间站上，对尿液进行了回收处理和再利用。所以，苏联是较早进行尿液回收再利用的国家。

　　我国的神舟飞船吸收了联盟号飞船废物收集系统的技术经验，采用半自动的废物收集和处理系统。大小便时，航天员通过操作三通阀，同时或分别进行大小便操作。首先，将大小便收集装置固定在支座上，航天员与之相对固定。开启除臭装置风机后，即可便溺。大便通过高压风机产生的气流送入大便收集器的袋子中，之后经过密封再投入废物收集筒内。