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宇航员如何上厕所?一根管子直接对准肛门?_太空员在太空怎么上厕所

作者:admin 时间:2020-12-08 10:02:20 浏览:
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宇航员在太空怎么淋浴图片

有些事情在地面上是不成问题的问题,可是在太空中就成了大问题,大小便就是一个典型的例子。1961年5月5日,美国第一位航天员谢泼德坐在水星号飞船内等待发射升空,由于技术原因发射被拖延了4个多小时,这时谢泼德向地面控制中心报告要求撒尿,因为他憋尿已经憋了好长一段时间,现在实在憋不住了。按原计划,由于这次太空飞行的时间不长,因此没有必要为航天员准备大小便设备,现在谢泼德突然提出要撒尿,给地面控制中心和工程技术人员一个措手不及。经过同有关方面紧急磋商,地面控制中心最后决定,让谢泼德直接往自己穿的航天服的裤子里尿。

为太空飞行的航天员解决大小便问题并不像在地面那样简单,一方面是因为太空是失重环境,人排出来的大小便不是往下流,而处于飘浮状态;另一方面是所有在太空的设备,都必须是体积小、重量轻、耗电少,这就给设计工作带来极大的困难。因此地面上所有的个人卫生设备在太空都不适用。

大小便收集袋不好使用

美国航宇局吸取谢泼德的教训,很快为航天员设计出一种在太空收集尿的装置——尿收集袋。这是一个小塑料袋,用带子系在航天员的腰部,主要是收集小便。航天员返回地面以后,袋子被密封和抛弃。至于大便问题,只好等待回到地面来解决。

在双子星座飞船中,在发射和着陆阶段航天员还是带着尿收集袋,但是在轨道飞行期间,大小便则分开收集。小便使用尿收集装置,这种装置上有一根管子,管子的一头放在航天服内,外形与避孕套相似,要套在航天员的阴茎上,另一头通到一个尿贮箱内,尿贮箱又与太空相通,因此航天员的尿最后就撒到太空中。大便收集装置也很简单,实际上就是一个长塑料袋,它直对着航天员的屁股。

阿波罗登月飞行情况虽然复杂,但航天员仍然使用双子星座航天员用的大小便收集装置,只是作了一些小改进。小便收集袋的改进是接尿管可以不跟身体直接接触,这项改进虽然不大,但是最让航天员满意。另外,在水星和双子星座飞行中这种尿收集袋是一次性使用的,而在阿波罗飞行中改为可多次使用,并要求这种袋子不仅容易带上去而且容易取下来。

阿波罗航天员除了带着尿收集袋外,还要穿着大便收集裤。两者都穿在液冷通风服之外。尿收集袋是系在航天员腰部,穿在大便收集裤外边。尿收集袋有一根排尿管,无论航天员是穿着航天服或是脱掉航天服,只要把这根管子与飞船的废物处理系统相接,袋中的尿即被排空。不过如果航天员是在指令舱内,这些尿最后都被排放到太空中,但如果是在月面上,这些尿就不能排放到月面上,而应该暂时储存起来。

大便收集裤顾名思义就是一条特制的短衬裤,裤内有一个装大便的塑料袋,航天员的大便就是拉在这个塑料袋里。但在失重条件下使用这种大便袋有一个严重问题,就是大便处于飘浮状态,总是在屁股附近,因此航天员不得不用手将它推开。另外,大便袋旁边还有一个小袋子装有杀菌液,航天员大便完后要用手将这个小袋子挤破,让杀菌液喷洒到整个袋子内。大便完后,航天员还要将袋子密封好,储藏在飞船内的特定地方,以便带回地面来处理。使用这种袋子拉成形的大便还算可以,但如果遇到拉不成形的大便或是拉稀,问题就麻烦了。

在“阿波罗”飞行中为了更好地解决大便问题,航宇局要求航天员在发射前尽量吃一些低残渣的食物,同时服用一点通便药,也就是说在发射之前尽量将大便排净;而在飞行期间,除了继续吃低残渣的食物外,还服用一点减少肠蠕动的药或止泻药,以减少排便次数。

航天飞机和空间站上的厕所

与载人飞船上的个人卫生设备相比,航天飞机和国际空间站上的个人卫生设备真是“鸟枪换炮”。在航天飞机和国际空间站上,美国航宇局为航天员设立了厕所,航天员在这种太空厕所内不再使用尿收集袋和大便袋,而是使用太空马桶。在航天飞机飞行中,如果不是在发射和返回着陆阶段,航天员是不穿航天服的,因此可以像在地面上一样上厕所。在航天飞机上,太空厕所位于轨道飞行器乘员舱的中层甲板上。厕所有两道门,门上都挂有门帘,由于航天员中有男有女,这样就给航天员提供一个保护隐私的空间。

太空厕所中安装的马桶与地面上使用的也不一样。由于太空是失重环境,水不会往下流,因此不能使用抽水马桶,而是使用“抽气马桶”。这种“抽气马桶”是靠气流将大小便带走,因此使用这种马桶时,屁股一定要跟马桶的边缘贴紧,使马桶内完全密封。如果密封不严,里面的气流就无法将粪便带走。

在“抽气马桶”内大小便是分开收集的。马桶的前端有一个漏斗状的适配器,可以将小便收集和输送到小便桶中。“抽气马桶”不分男女,但适配器则分男女。

在太空拉大便不是一件容易的事情,航天员必须经过专门的训练。因为中央孔的直径只有10厘米大,航天员必须将肛门对准中央孔,将大便拉出来,才算操作成功。为了训练航天员拉大便,美国约翰逊航天中心还专门设计了一个马桶训练器。在训练器的马桶内装有一台电视摄像机,当航天员坐在马桶上时,通过电视,可以看到自己的肛门是否对准中央孔。通过训练,航天员一定要记住自己屁股与马桶座部的相对位置。航天员大便时,如果不注意未将屁股对准中央孔,大便就可能从马桶中飘出来,在舱内到处乱飞,就像“天女散花”,太空生活可就成了一场灾难。

2007年美国航宇局作出一项惊人决定,花1900万美元购买俄罗斯的太空厕所。这个厕所将于2008年送到国际空间站上,准备安装在国际空间站的美国站舱内。在新厕所启用之前,所有航天员都是使用安装在俄罗斯站舱内的一个太空厕所。美国航宇局的官员说,订购新厕所的原因并不是原来的厕所不够用,而是为了节约用水。新厕所的最大优点是可以将尿和其它废水经过处理,变成可饮用水。因为在太空,水的运输费用是非常昂贵的,如果能将尿和废水变成可饮用水,这将节约很大的一笔费用。因此尽管从俄罗斯购买太空厕所比较昂贵,但是从长远来看还是合算的。至于为什么要从俄罗斯购买,航宇局的官员说,如果我们自己研制和设计,不仅费用更高,而且由于研制周期长,不可能近期提供给美国航天员使用。

航宇局的“秘密武器” ——强力吸尿裤

航天员在太空飞行期间可以使用太空厕所,但是在航天飞机发射和着陆以及在太空行走期间,航天员又是使用什么东西解决大小便问题?

现在在美国,无论是男航天员或是女航天员,在航天飞机发射和着陆以及在太空行走期间,都穿着一种称为“强力吸尿裤”的短衬裤,以解决小便问题。当航天员需要小便时,直接将小便尿在强力吸尿裤上,等回到地面上或是回到气闸舱以后,将这种裤子扔掉即可。航天飞机发射前,航宇局发给每名航天员三条强力吸尿裤,一条在发射时穿用,一条在着陆时穿用,还有一条留作备用。航天员在太空行走前,也要穿上这种裤子,一般是贴身穿,穿在液冷通风服的里面。这种强力吸尿裤外形像普通的运动短裤,不过它有极强的吸水能力,一条裤子能吸附2升多的尿。这种裤子能强力吸尿的原因是裤内缝有一层称为聚丙烯酸钠的化学织物,这种化学织物能吸附比自身重量重一千倍的水。1988年美国女航天员开始穿用这种强力吸尿裤,后来男航天员也跟随穿用,因为男性穿着也很舒适,尿也不会溢漏出来。据说在上世纪80年代,美国航宇局为航天员订购了3200条这种强力吸尿裤,至今尚未用完。

一般人只知道航天员在太空行走时穿这种强力吸尿裤,实际上在航天飞机准备起飞时,航天员是半躺在座椅上的,这时下肢抬高,头在下面。由于这种姿势会给大脑一种人体胸部充血的感觉,从而反射性的增加排尿。因此航天员一般在这种时候都想要上厕所,所以这时他们也需要穿这种裤子。

在美国航宇局公开发表的文献里,男航天员在太空行走期间是使用尿收集装置,而女航天员则是穿一种一次性使用的能吸尿的短裤样的东西,从来没有提到“强力吸尿裤”这个名词。一直到2007年2月,美国女航天员丽萨·诺瓦克因犯谋杀情敌罪被捕,人们才知道航宇局有强力吸尿裤这种东西,并将它简称为“太空尿裤”。丽萨·诺瓦克为了去谋杀情敌,曾驱车1440千米,连续驾驶14个小时,途中没有一次停留。当记者问她难道途中连厕所也不上?她说她身上穿着强力吸尿裤。自此美国公众才知道他们的航天员在太空行走中身穿这种“神奇”的太空尿裤。不久,这种尿裤很快成为商品,在商店里即可购买到。特别是当女士们要到国外旅游,国外有些旅游景点厕所很少,而且又不太卫生,如果穿上这种尿裤,可以一天不用上厕所,这就给女游客带来极大的方便。

太空厕所的未来

21世纪人类要飞往火星和太阳系的其它天体,进而还要在火星上建立临时性基地和永久性基地,也就是说要在火星上长期生活下去。人类要在火星上长期生存,首先要解决呼吸用的氧气问题,其次是饮水问题,最后是吃饭问题。而这些东西必须自给自足,不能依靠来自地球的补充供应。这是因为从地球到火星,路途遥远,飞行过程中又有很大的风险,将所有这些生活必需品从地球运上去,所需费用将是天文数字。

为了保证人类在火星上能长期生存,科学家正在研制一种非常先进的生命保证系统,即生物再生式生保系统。这种系统实际上就是一个小型的生物圈,其工作原理就是利用绿色植物的光合作用,净化二氧化碳,放出氧气,生产粮食。利用微生物处理废物和废水,利用植物的蒸腾作用使废水净化。这样既处理了航天员产生的废物,又为人体提供了氧气、水和食物。尽管这种生物再生式生保技术的复杂程度和难度是空前的,它需要的空间、质量和能量消耗都是相当大的,但是要想建立火星基地,提供大批人员生命活动的必需物质,除了依靠这种技术,别无选择。

现在美国、俄罗斯、欧洲空间局、日本和我国都在开展这方面的研究工作。美国从2002年就正式开始研究这种生物再生式生保系统,并将一直持续到2016年以后,到时将实现95%的粮食生产和95%的固体和液体废物的回收利用。

在太空中怎么上厕所啊图片

格林指出,宇航员使用一种吸入系统解决大小便,一些排泄尿液将在空间站生命供给系统中循环利用。人们在地球上使用的马桶座圈直径大约30-45厘米,但在太空中,宇航员小便时必须对准一个直径10厘米的开口装置。

他们使用固定装置将自己稳定在马桶座圈上,确保没有排泄物溅出。为了训练宇航员熟练完成这一操作,美国宇航局设计了一种内部带有摄像头的厕所,使他们在蹲厕时练习如何对准。

格林说:太空厕所工作方式非常像吸尘器,使用不同的气压吸固体粪便。宇航员粪便并不是抛弃至太空之中,而是存储在空间站,之后返回至地球。

太空员在太空怎么上厕所图片

太空小便装置设计非常巧妙,将为每一位宇航员提供私人小便漏斗状装置,它连接一个软管接口,当宇航员进行小便时,风扇将吸尿液进入一个小便水池。格林解释称,男女宇航员的小便装置各不相同,实际上女性小便装置更简单,易于操作。她们可以直接将小便装置接触身体进行使用,相比之下,男宇航员使用时就更加困难,他们必须将小便装置接近身体,能够收集尿液,但又不能非常接近,避免吸入装置对男性生殖器官构成伤害。

宇航员在太空怎么上厕所图片

空间站的太空厕所成本较高,可达到1900万美元,全部设备成本大约2.5亿美元,这是因为尿液处理设备是非常复杂。2008年,宇航员开始使用一种新的系统,能够净化和蒸馏尿液成为水。小便可以再循环处理,最终用于宇航员饮用和洗浴。

为了隔离尿液中的污垢,空间站有一个木桶大小的旋转蒸馏器,它能够形成人造引力使液体沸腾。同时,美国宇航局希望通过正向渗透处理,使用尿液发电。

最强视角:致力于人类生命、宇宙真相探索,在泛泛的资讯时代中保持不跟风、不业余,不卖萌,为读者提供专业、全面的宇宙科学视角。

一直以来,宇航员都饱受“如厕难”困扰。笨重的宇航服让他们只能要么无论大小,一律憋着(很可能要憋12个小时),要么用尿布。如果不想上厕所,宇航员除了禁食别无选择。

Thatcher Cardon来自德克萨斯州德尔里奥市,49岁的Cardon是一位美国空军上校、家庭医生及航空军医。多亏了Cardon的聪明才智,在太空上厕所似乎瞬间就变得切实可行了。

各国航天局正打算将宇航员送上月球、小行星,甚至火星,这些敢于冒险的人飞向太空之后也要上厕所,因此HeroX和NASA联合举办了“太空便便大挑战”。

2月15日,大赛主办方宣布,Cardon的发明荣获冠军,奖金15000美元。

Cardon告诉商业内幕网:“你必须考虑到紧急情况,比如万一有颗小流星把猎户座宇宙飞船撞出了一个洞,除非宇航员能把洞补上,不然在返回地球前,他们就要在宇航服里待上6天。目前,穿着宇航服上厕所只有一种方法,那就是使用尿布。”

Cardon和我们分享了一些照片和视频来展示他的绝妙方案——MACES会阴接口及马桶系统(M-PATS),该方案能解决困扰了宇航员数十年的如厕难问题。下面是M-PATS的工作原理,以及这个发明为什么能为宇宙航行带来革命性改变。

宇航员怎么上厕所答案图片

早期的宇航员在太空舱里都是用袋子解决大小便问题的。

空间站宇航员怎么上厕所图片

但穿上宇航服之后的情况才是最糟糕的,这时尿布几乎成了唯一的选择。

Cardon发明的设备M-PATS可能为这个几十年来的问题提供了革命性的解决方案。

M-PATS的中心是位于裆部的小气闸,Cardon把它称为“会阴接口”(PAP)。会阴指肛门和生殖器之间的部位。

Cardon说:“我在脑海中完成了所有的设计,我躺着思考,设想了各种方案。当时我想,排泄物不能留在宇航服里,但又不能从宇航服背面排出,因为宇航员还要坐和躺,所以排污口应该开在宇航服正面靠近裆部的位置。”

Cardon称自己的灵感来自腹腔镜,这个复杂的手术通常是在机器人协助下,通过腹部的小孔进行,不需在腹部留下较大切口。他说:“当时我想到,我们都能通过血管上的小孔来替换心脏瓣膜了,为什么不能把排泄物从一个小口排出宇航服呢?”

下面是M-PATS的工作原理:PAP是一个迷你气闸,宇航员准备好之后就可以打开安全盖。

再把自闭阀接入宇航服开口。Cardon称自己的样品只是个初期实体模型,在他的设计里,下图里的自闭阀插入宇航服后就会保持打开状态。

最后,宇航员要把“传送管”插入自闭阀。Cardon说:“这能防止宇航服里的气体跑出去,保证宇航服内外气压相等,自闭阀也更容易保持打开状态。”

现在宇航员就可以把各种神奇的如厕设备通过传送管送进宇航服,宇航服内也不会因失压而形成真空环境。

这个充气便盆是Cardon的重大突破之一:

这个便盆配有柔软的毛巾布,便盆内还有润滑剂。便盆可以卷起,塞入传送管,通过裆部开口进入宇航服,在宇航服内移动到合适的位置。

之后宇航员要挤压连在便盆上的球形充气泵。Cardon说:“便盆会像花朵绽放一样鼓起来,在宇航服内创造出一定空间,大便的时候有空间能使劲总是件好事。”

润滑剂能确保所有便便顺利滑入便盆,不会卡住。毛巾布有助于保持干净。

宇航员用完便盆之后,便盆会排气,再次卷起,宇航员就可以把它从传送管理拉出来。

其他工具负责清洁,相当于喷水坐浴盆。但末端装有一卷湿巾的“清洁棒”才是最具革命性的。

下面的动图会告诉我们Cardon的清洁棒有多神奇。Cardon给清洁棒安装了内衬塑料,这样湿巾就会源源不断地卷到清洁棒上。

让人眼前一亮的太空内裤甚至能穿过传送管。这是男性内裤样品:

这是女性内裤样品:

这两种内裤都能折叠,装入传送管,通过裆部开口进入宇航服之后恢复原状。

Cardon还根据男女生理结构设计了两种尿液收集装置:

由电池供能的“通用抽吸装置”会把便盆和尿液收集器里的排泄物抽出,最后送到排泄物收集袋中。

Cardon说:“我认为这个发明的绝妙之处在于它的多功能性。很多东西都能通过裆部开口进入宇航服。宇航服上的开口有很多用途,甚至可以进行紧急手术。在宇航服的肚脐处开一个这样的口就可以做腹部手术了,需要胸部手术在宇航服胸前开口即可。如果宇航员在太空中需要进行小行星采矿等可能致伤的任务,最好在宇航服上开几个这样的口。”

Cardon有五个孩子,其中三个在上大学,另外两个十多岁的孩子帮他买材料,妻子则帮他制作样品。他们一到晚上和周末就制作样品,整整花了五周才完成。Cardon的胜利让他们欣喜若狂。

15000美元的奖金足够支付Cardon已经投入的1000美元,他将用剩下的钱买些新工具,继续完善这个设计。

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