浙江配资公司宇航员如何在太空解决生理需求

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利维坦按：

2016年6月，英国宇航员蒂姆·皮克（Tim Peake）在国际空间站呆了大半年终于返回了地球。回来第三天，他就没忍住跟记者吐槽说："当你刚返回地球时，重新感受重力的过程特别糟糕，但几种情况例外——比如上厕所。此刻重力变成了你的朋友，这是我们宇航员都盼望的事情。"

不过和在空间站有厕所的生活相比，在空间站出现前的早期人类太空探索中，那些宇航员的屎尿问题可就没有这么简单了。

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1961年5月5日上午8点15分，宇航员艾伦·巴特利特·谢泼德（Alan Bartlett Shepard）正面临一场意想不到的危机。

作为被选中的第一位进入太空的美国人——谢泼德在凌晨5点15分被固定在他的"自由7号"飞船中，舱门在他身后已被锁死。原定在7点20分发射，但由于卡纳维拉尔角上空的云层以及各种技术故障导致的一系列延迟，让谢泼德整整坐在他的"红石"（Redstone）火箭顶部超过三个小时。

很快，一种不舒适的感觉开始在谢泼德体内蔓延，并随着时间流逝变得愈发煎熬。起初他试图忽略它，但最终这感觉变得难以忍受，迫使谢泼德不得不通过太空舱通信器发出求救信号：他，急需小便。

1961年5月5日，被固定在火箭顶部的宇航员艾伦·巴特利特·谢泼德。© NASA

地面控制中心震惊了。根本没有人考虑过谢泼德该如何解决生理需求；毕竟，他的亚轨道任务预计只持续15分钟。这是一个自那以后一直困扰宇航员的问题，促使工程师们开发出各种奇怪、美妙，有时甚至令人作呕的——解决方案。

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在太空竞赛之前，人们几乎从没考虑过宇航员在任务期间将如何排泄。第一个用于长时间飞行中排尿的系统诞生于1955年，是为洛克希德U-2侦察机飞行员研发的。这些飞行员飞行高度超过21,000米，为了生存必须穿着部分加压服。该系统是一种留置导尿管，即一根小塑料管从飞行员的尿道插入膀胱，自动通过软管将尿液吸入一个收集袋。可以想象，这个系统极其不舒服，并且完全不受飞行员欢迎。它还可能刺激或损伤尿道壁并引起泌尿道感染。后来，人们开发了外置系统，使用一个类似避孕套的乳胶套裹在飞行员的阴茎上。尽管比导尿管舒适得多，这种"尿液收集装置"（UCD）也并非没有问题。实际上，在2010年对驻加州比尔空军基地的U-2飞行员进行的一项调查中，60%的受访者报告称他们的UCD出现过问题，包括贴合不良、泄漏以及因长时间接触尿液导致的皮肤刺激。

上世纪60年代的尿液收集装置（UCD）。© National Air and Space Museum

此外，由于中央情报局掌控着U-2项目，其保密程度极高，外置UCD技术没有与NASA共享。虽然1957年一群英国发明家为类似装置申请了专利，拟用于"压力服或身体束缚使正常排尿极为不便或不可能"的情况，其设计是将尿液引入一袋吸收材料中，但这一设计似乎同样没有进入NASA的规划视野。

这款UCD由CR Bard公司制造，该公司是尿道导管设备的制造商，曾与NASA签订合同，而这只是其中一个研发方案。考虑到年代久远，这件装置从未被使用过，保存状况相当不错（除了乳胶有些老化）。© AGENT GALLERY CHICAGO

1958 年"水星计划"（美国首个载人航天计划）启动后，美国空军赞助了一项关于航天器中人体排泄物收集的研究。当时计划中的水星任务时长较短，因此粪便收集被认为没有必要，但尿液收集则很可能是必需的。该研究检查了当时市场上的尿液收集装置，并得出结论：军用飞机上使用的设计由于泄漏严重而不适用于太空——这一问题在微重力环境下只会更加严重。最终报告建议使用医院中用于卧床男性患者的商业UCD，它们能在阴茎周围形成紧密密封并设有单向阀防止回流。

然而奇怪的是，NASA似乎忽略了这一研究及类似研究，水星七号宇航员的训练、水星飞船测试以及海军Mk.IV航天服测试都完全没有使用任何形式的UCD。事实上，在1961年2月，一位来自宾夕法尼亚州的12岁女学生写信给NASA询问：

尊敬的先生：

在我们的科学课上我们正在讨论第一位将进入太空的人，我们想知道，当他们在太空中没有重力时，他们会去哪里上厕所。

您真诚的，

布伦达·肯默勒（Brenda Kemmerer）

NASA生命科学项目办公室的弗里曼·H·昆比（Freeman H. Quimby）博士回复说："……第一位进入太空的人预计不需要‘小便’。"由于最初的太空任务只有15分钟，宇航员只需"憋住"，直到被回收船接上。

让我们还是回到1961年5月5日的那个早晨，回到艾伦·谢泼德尴尬的飞行前困境。NASA的记录表明在舱门附近安装了一个尿液收集容器，但谢泼德被紧紧绑在贴身的飞行座椅上，根本无法使用。让谢泼德出来使用常规厕所则需要地面工作人员费力地卸下固定舱门的70个螺栓，这将进一步推迟发射。

谢泼德再也忍不住了，请求允许在宇航服里小便。起初，地面控制中心拒绝了，担心尿液会使监测谢泼德生命体征的生物传感器短路。但当谢泼德建议他们直接关闭传感器时，他们终于同意了，如释重负的谢泼德这才得以……小便。由于谢泼德当时呈仰卧、双腿抬高的姿势，尿液积聚在他的腰部，浸透了他的连体羊毛内衣，但宇航服内流动的冷却纯氧迅速将其烘干。

危机得以解除，倒计时继续进行，上午9点34分谢泼德冲向湛蓝天空，抵达了187.5公里的高度，随后再返回大气层，并在卡纳维拉尔角以东487公里处落在大西洋中。尽管不如一个月前苏联宇航员尤里·加加林完成的地球轨道飞行那么令人震撼，但"水星-红石3号"的飞行让美国在太空竞赛中站稳了脚跟。

1961年5月5日，顺利从太空返回后的宇航员艾伦·谢泼德。© MPI / Getty Images

艾伦·谢泼德的尴尬经历，促使NASA在下一次水星任务之前开发出实用的UCD设计——也就是1961年7月21日宇航员古斯·格里森（Gus Grissom）的"水星-红石4号"飞行。一则广为流传的说法称，水星七号宇航员护士"迪"·欧哈拉（Dee O’Hara）在格里森飞行前夜用避孕套和女性束腰带拼凑出了第一个UCD。实际上，格里森穿的是两层橡胶失禁短裤，这样尿液会被收集在两层之间。他还被禁止喝晨间咖啡——众所周知，咖啡是一种利尿剂。事实上，格里森最终根本没有排尿的需求。

与此同时，NASA指派詹姆斯·麦克巴伦（James McBarron）负责监督B.F.古德里奇公司（B.F. Goodrich）的相关工作——这家公司生产"水星计划"宇航员使用的海军Mk.IV太空服——以便为后续的太空飞行研发一款标准化的UCD。由于该公司无法制造出令人满意且不会泄漏的系统，麦克巴伦与NASA载人航天中心太空服实验室的阿尔·罗奇福德（Al Rochford）和乔·施密特（Joe Schmitt）不得不亲自解决这个问题。

麦克巴伦从多家商业制造商那里购买了安全套，测试其贴合度和耐用性，直到找到理想的品牌，然后与该制造商合作开发UCD。最终版UCD包括一条穿在宇航员太空服下的弹性腰带，其上连接着乳胶套管、一段短橡胶管、防止逆流的单向阀、太空舱落下后用于封闭系统的夹子，以及一个扁平的聚乙烯收集袋。整个组件由一套紧身内衣固定在适当的位置。

与早期美国航天计划相关的另一个广为流传的传说是：为了迎合宇航员传奇般的自尊心，NASA不得不更改UCD的尺寸分类。这一说法似乎源自工程师唐纳德·里泰克（Donald Retake）——由于他在宇航员排泄收集系统方面的广泛工作而被称为"冲水博士"（Dr. Flush）。他在2008年科学频道纪录片系列《月球机器》（Moon Machines）中说：

"在尿液收集组件内部，我们称之为‘尿袋’，里面有一个一升的袋子。与身体连接的部分是一个末端带有软管的安全套，允许尿液自由流入袋中。安全套最初有三种尺寸：小号、中号和大号。但无论他们的真实尺寸如何，很少有宇航员愿意接受自己不是大号。于是我们把名称改成了大号、特大号和巨无霸号。"

阿波罗11号宇航员迈克尔·柯林斯（Michael Collins）在1974年的自传《携火者：一名宇航员的旅程》（Carrying the Fire: an Astronaut’s Journeys）中也重复了这个轶事，他写道：

"……然后就要穿上一个三角形的黄色塑料尿袋，把阴茎插入其内置的橡胶接入口。接入口有三种尺寸（小、中、大），但它们总是以更英雄的说法来称呼：大号、特大号和巨无霸号。"

实际上，这种尺寸分类更像是宇航员之间的非正式玩笑，而不是NASA玩的心理把戏。事实上，无论他们的成见或不安如何，宇航员们很快就从经验中学会应该使用哪种尺寸的套管，正如阿波罗9号宇航员拉塞尔·"拉斯蒂"·施韦卡特（Russell "Rusty" Schweickart）后来回忆的那样：

"在太空服里活动时，总有可能把安全套弄掉，而且我们有三种直径的套管，不过，选择哪一种总会带有一点自尊问题。当然，聪明的人会选择正确的尺寸，因为这非常重要。但如果你选得太小，它会实际压住尿流，你会憋得脸色发黄，因为根本尿不出来；而如果你因为自尊而选了大号，但你本来应该用中号，那么你第一次排尿时，结果就是一半的尿液不在袋子里，而是在你身上。而那会是你最后一次犯这种错误。所以这算是个挺有趣的小教训。"

无论如何，麦克巴伦的UCD首次使用是在1962年2月20日的"水星-阿特拉斯6号"任务中，在这次任务中，宇航员约翰·格伦（John Glenn）成为首位绕地球轨道飞行的美国人。在整个三圈轨道飞行中，格伦使用过一次UCD，将756毫升尿液排入收集袋。令人惊讶的是，这比普通男性膀胱容量大出了30%以上——这是微重力对人体生理产生奇怪影响的结果。通常，重力会将尿液拉向膀胱底部，使膀胱壁逐渐扩张。当膀胱约三分之二满时，神经会开始感知这种扩张，并向身体发出排尿信号。然而在微重力环境中，尿液倾向于聚成一个球状，直到膀胱远超常规容量时才开始压迫膀胱壁。所以从某种意义上说，约翰·格伦的轨道排尿是航天系统工程的一个里程碑——这大概就是为什么自1970年起，他的UCD一直在华盛顿特区国家航空航天博物馆公开展出的原因。

"尿液转移系统"（UTS）。© National Air and Space Museum

虽然如果尺寸不合适或安装不当，有时容易漏尿，但詹姆斯·麦克巴伦设计的UCD最终成为NASA在水星、双子星和阿波罗计划期间的标准装备。在前往月球及返回地球的飞行中，阿波罗宇航员可以通过一根软管将UCD与"尿液转移系统"（Urine Transfer System, UTS）连接，将尿液收集到机载储罐中。大部分尿液随后被排放到太空舱外，但有一部分则被保留下来，以便任务结束后由飞行医生进行分析。当宇航员在月球表面活动时，尿液则排入他们太空服下穿戴的聚乙烯袋中。

有趣的是，在阿波罗11号任务中，阿波罗宇航员埃德温·"巴兹"·奥尔德林（Edwin "Buzz" Aldrin）成为历史上第一个在月球上"方便"的人。就在他从登月舱梯子上走下月球表面之前，他解决了这个生理需求，这也成为他的一个"首次"。奥尔德林后来曾说："每个人在月球上都有自己的第一次，而这个没有人对它提出异议。"

太空靴里灌满尿液的月球漫步：图为1969年7月20日，阿波罗11号登月任务结束后，登月舱驾驶员、宇航员埃德温·奥尔德林站在月球表面。照片背景中可以看到登月舱。© NASA

不幸的是，这次经历比奥尔德林可能期望的要混乱。由于登月舱着陆的程度比预期更轻——登月舱的着陆架压缩得比预期少——所以当奥尔德林跳下梯子踏上月球表面时，他落下的距离比预想中要高，随之受到的冲击损坏了他的UCD，使得尿液没有排进正确的收集袋，而是进到了奥尔德林的太空靴里。没错：在那次历史性的2小时31分钟月球舱外活动期间，巴兹·奥尔德林就这样一边走，一边脚上的太空靴里晃动着尿液。我们谁都不会愿意遇上那种情况，巴兹……

NASA的一次性吸收型收纳裤（DACT）：DACT是为早期航天飞机任务中的女性宇航员开发的，用于发射或太空行走期间无法使用厕所的情况。© NASA

UCD一直被使用到早期航天飞机计划期间，后来它被一次性吸收型收纳裤（Disposable Absorption Containment Trunk，简称DACT）所取代。DACT的本质就是一套经过升级的成人纸尿裤。1978年，NASA向女性航天员开放宇航员队伍，这些女性的生理结构与原有的UCD不兼容，促使了DACT的研发。1983年4月4日，首批成人纸尿裤在航天飞机"挑战者号"STS-任务中由仅男性机组成员首次带入太空；两个月后的6月18日，美国第一位女性宇航员莎莉·莱德（Sally Ride）在STS-7任务期间也穿戴了这种设备。

然而，NASA很快意识到定制的DACT成本过高，从1988年起改为采购商业现成的成人尿布，称为最高吸收量服装（Maximum Absorbency Garments，简称MAGs）。这些尿布内部含有足够量的聚丙烯酸钠材料，能够吸收两升尿液或其他体液。美国宇航员至今在发射和重返大气层阶段穿戴这些MAGs，其它时间在执行舱外活动（太空行走）时也穿戴在他们的舱外活动服装（Extravehicular Mobility Units, EMUs）之下。

此时，你很可能注意到我们到目前为止忽略了一个废弃物处理方案中非常重要的部分。也就是——大便。比起尿液收集，早期NASA的设计者和工程师对固体废物管理问题几乎不做考虑，并选择完全回避这个问题。毕竟，当时的水星任务预计最多持续一天。不过，为了避免意外，在任务前几天，宇航员们会被要求食用一种"低残渣"饮食——高蛋白、低纤维，比如牛排和鸡蛋，这也后来成为美国宇航员传统的飞行前早餐。这种饮食同样能最大程度减少肠道气体产生，因为在航天器舱内减压环境下，这些气体会膨胀并引起剧烈疼痛。

即便放到今天，俄罗斯宇航员仍遵循类似做法。虽然他们的"联盟号"飞船通常只需数小时便抵达国际空间站，但视轨道机动情况，有时也会在对接前在轨道上停留数天。而尽管"联盟号"配备了一个简易的太空厕所（稍后我们会详细谈到）宇航员们通常不愿使用它，他们会将"低残渣饮食"与飞行前肠道灌肠结合，以彻底清空肠道。

不过，这种策略对水星任务来说尚能凑合，但当NASA转向较长航程的双子星与阿波罗任务时，大便的收集问题已无法再被忽视。最终他们设计出的粪便收集装置——粪便收集组件（Fecal Collection Assembly，简称FCA）——却成为太空飞行历史上最令人厌恶的硬件之一。

粪便收集组件（FCA）：惠而浦的这款FCA是为阿波罗计划宇航员配备的个人卫生系统的一部分。然而，这款收集袋并未随飞船执行任务。© National Air and Space Museum

该装置由家电公司惠而浦（Whirlpool Corporation）制造，结构是一个带有粘性垫圈的小透明塑料袋，用以密封宇航员裸露的臀部开口。正常情况下，在地球上排便时重力会使粪便从肛门下落，但在太空的微重力环境中，这种情况不会发生。于是，FCA的侧壁设计了一个小袋或"窝"，宇航员需将手指伸入其中帮助将固体粪便从肛门处"挑出"……美妙吧（下图所示）。一旦"事务"完成，FCA里会附带几张卫生纸和湿巾，供宇航员清洁自身，清洁用品会连同宇航员的……排泄物一起丢弃在密封袋里。

如果你觉得这已经非常糟糕——尤其是在狭小的航天器空间里当着其他人的面进行——做好心理准备，因为更糟糕的还在后面。不同于尿液，这些装满排泄物的FCA并不能扔出舱外，而必须留在飞船内储存。若不进一步处理，这些充满细菌的排泄物会很快发酵，产生甲烷等气体，使袋子膨胀甚至破裂——这将成为"最字面意义上"的"粪便爆炸"。因此，每一个FCA都配有一包杀菌液，宇航员需在封袋前将这包杀菌液挤破，将药液彻底揉入粪便中，以确保所有产气细菌被杀死。

正如你可以想象的那样，宇航员们非常讨厌使用FCA，并会尽一切可能避免排便，比如干脆憋着，或只吃分配餐食的一半。而事实上，你也不能怪他们。正如NASA自己的官方历史所述：

"排泄物收集系统呈现出一套更加令人厌恶的问题。收集过程需要极高的技巧，才能防止粪便从收集袋中逃逸，导致污物沾上机组成员、他们的衣物或舱内表面。而且，由于该系统使用起来的困难程度，排便收集过程也极为耗时。阿波罗7号的一名宇航员估计，正确完成整个过程需要45分钟。粪袋难以准确放置；这更因防护服背部的开口太小而变得复杂，这个开口让袋子的放置更加困难。"

左起：尤金·塞尔南、汤姆·斯塔福德、约翰·扬。© NASA

此外，不当使用FCA会造成很恶心的情况，正如阿波罗10号（阿波罗11号登月前的彩排任务）的机组人员在1969年5月发现的那样：

登月舱驾驶员尤金·塞尔南："那东西从哪来的？"

指令长汤姆·斯塔福德："快给我一张纸巾，空气里飘着一坨屎。"

指令舱驾驶员约翰·扬："不是我干的。这不是我的。"

塞尔南："我也觉得这不是我的。"

斯塔福德："我的比那坨更黏一些。把它扔掉。"

扬："天哪。"（笑）

塞尔南："又来一坨该死的屎。你们到底怎么回事？来，把——"

（扬与斯塔福德笑）

斯塔福德："它就这么飘来飘去吗？"

塞尔南："是的。"

斯塔福德（笑）："我的比那更黏。"

扬："我的也更黏。它撞到那个袋子了——"

塞尔南："我不知道这是谁的。我既不能承认也不能否认（笑声）。"

扬："这到底是怎么回事？"

虽然漂浮大便历史上确有其事，但这张图很可能只是恶搞图片……

是谁造成了这次"粪便近距离接触事件"至今仍是个谜……即便废物安全地留在袋子里，鉴于双子星和阿波罗舱内空间极其有限，找到地方存放用过的袋子和其他垃圾也很快成为挑战。

缺乏合适的废弃物处理方式使得双子星5号宇航员勒罗伊"戈登"库珀（Leroy "Gordon" Cooper）和查尔斯"皮特"康拉德（Charles "Pete" Conrad），将他们1965年8月的任务称为"垃圾桶里的八天"。双子星7号宇航员弗兰克·博尔曼（Frank Borman）和吉姆·洛弗尔（Jim Lovell）的情况更糟，他们在与大众甲壳虫前座大小差不多的空间里环绕地球14天，却没有合适的方法处理垃圾。尽管FCA因臭名昭著而广为人知，但它们至今仍作为备用系统使用，以防国际空间站的太空厕所故障。

联盟号上的厕所装置。© Wikimedia Commons

到了1960年代末，很明显，如果宇航员要在太空中长期驻留，他们就需要一种更舒适、也更体面的方式来解决生理需求。苏联率先发明了真正的太空厕所，自1967年联盟号首次飞行起便成为标准设备。这个厕所之所以可以安装，是因为联盟号有大型椭圆形轨道舱，它位于钟形返回舱之上，并在返回大气层前被抛弃。像此后几乎所有太空厕所一样，联盟号的设施由两个主要部分组成：一个带漏斗的吸引软管，用于收集尿液，并将其吸入铺有吸收泡沫的腔室；以及一个坐便装置，使用风扇和气流将粪便吸入塑料袋，然后封好并存储在船上。

与此同时，美国第一套太空厕所被安装在"天空实验室"空间站上，它在1973年5月至1974年2月间接待了三批机组人员。与联盟号相似，天空实验室的厕所使用风扇将粪便吸入塑料袋。然后宇航员使用电加热器和外部真空来干燥排泄物，以防止发酵和污染空间站空气。尿液则通过一根独立的吸引软管收集。作为卫生设施的补充，天空实验室是唯一一个配备微重力淋浴的航天器。淋浴被一个伸缩式圆筒帘幕包围，配有脚部固定装置、一个装在柔性软管上的喷水喷嘴，以及一个排走废水的真空系统。宇航员拥有420条毛巾，并按宇航员各自的颜色编码。如今，国际空间站上的宇航员通过湿巾、免洗洗发水等方式保持清洁。

"天空实验室"空间站的淋浴设备。© Museum of Flight

对于航天运输系统（STS）——更为人熟知的航天飞机计划——NASA开发了一个新的、更复杂的太空厕所，称为废物收集系统（WCS）。与早期系统一样，WCS使用真空软管收集尿液，不过它配有两种可拆卸的接口，分别供男性和女性宇航员使用。男性接口呈漏斗形，女性接口呈椭圆形，边缘有小孔以允许气流通过并防止吸力过大。收集的尿液随后被排放到舱外。对于大便，WCS使用一个特殊座椅，配有脚撑、手把、安全带以及类似过山车的大腿固定器，以确保宇航员固定在原位。

废物收集系统（WCS）各部分组件示意图。© wikipedi

设计早期版本配备了一个高速旋转的"甩投/粉碎机"机制，用于粉碎粪便并引导至收集罐壁上；不过宇航员对将一个巨型垃圾粉碎机放在自己私密部位附近这件事提出了合理反对，因此设计改回使用风扇吸力，如同之前的太空厕所。风扇会把排泄物分布在圆柱形收集罐的壁面上；完成后，宇航员会打开一个阀门，将收集罐暴露在太空真空下，使内容物瞬间冷冻干燥，防止产生异味。厕纸、湿巾和其他卫生用品则被放入密封塑料袋，扔进另一个隔间。

为了确保密封并减少泄漏，WCS座圈的洞仅100毫米，直径远小于常规厕所。因此用户身体的精确定位至关重要，宇航员在飞行前会在NASA位于德州休斯顿的约翰逊航天中心使用太空厕所模拟器进行大量训练——是的，真的有这种训练。

模拟器配有灯指示训练者是否处于正确位置，还有一个内部摄像头供教官检查训练者的对准情况（你以为你入职体检很尴尬？）。由于每个人的身体不同，每位宇航员都会很快学会适合自己的姿势。正如美国资深宇航员迈克·马西米诺（Mike Massimo）所说："我想到《逍遥骑士》里的彼得·方达。那姿势对我来说刚刚好。"

更尴尬的是，航天飞机上真正的厕所还装有麦克风，以便地面飞行医生监听宇航员的肠道声音，评估他们的整体消化健康。这反过来造就了太空探索史上最乏味的工作。在航天飞机计划早期，NASA经常受美国军方委托，将绝密侦察卫星从轨舱部署到轨道。军方担心WCS的麦克风可能意外录到关于机密载荷的对话，于是某位可怜的军官被指派连续数天监听宇航员排便的声音，以确保不会泄露国家机密。现在你的无聊日常工作是不是看起来好很多了？唯一的安慰是，虽然飞行医生能听见宇航员的每个声音，但他们的队友听不见。尽管WCS与舱内其他部分仅由一层薄帘隔开，但泵和其他机载系统的噪音足够大，让宇航员在相对的声音隐私中完成排泄。

尽管比被痛恨的阿波罗FCA好得多，WCS并非毫无缺陷，航天飞机30年服役期间发生过多次重大故障。1982年3月的航天飞机第三次飞行STS-3中，WCS在首次使用时就失效，迫使两人机组——指令长杰克·卢斯马（Jack Lousma）与飞行员 C·戈登·富勒顿（C. Gordon Fullerton）——在接下8天任务中使用FCA。1984年9月3日，在发现号航天飞机的首飞STS-41D任务中，液体排放系统故障导致机体外形成了一根60厘米长的冷冻"尿柱"。幸运的是，第二天任务指令长亨利·哈茨菲尔德成功使用航天飞机的遥控机械臂将障碍物敲掉。WCS还有一个更根本的缺陷：有时冷冻干燥的粪便碎片会从收集罐壁上剥落，通过马桶飘入舱内，污染空气……

但WCS最严重的故障发生在1989年11月23日感恩节执行STS-33任务中，即发现号的第九次飞行。当天清晨，指令长弗雷德·格雷戈里（Fred Gregory）醒来使用厕所。起初一切顺利，但当他试图封闭并抽空收集罐时，连接收集罐与外部的阀门打开了，但连接收集罐与马桶的滑阀却未能关闭。突然之间，机舱——以及格雷戈里的后半身——暴露在太空真空中，将他死死吸在座位上。更糟的是，用于补充航天飞机舱内新鲜氧气的通气口恰好位于WCS上方。因此格雷戈里不仅被吸住，航天飞机宝贵的空气呼啸着掠过他最脆弱的部位，而且还被冰冷的、刚刚液化的氧气淋了个透。

警报器立刻响起，格雷戈里的队友冲过来救援。任务专家斯托里·马斯格雷（Story Musgrave）成功设法将卡住的滑阀关上，救出了感激涕零、浑身发抖的格雷戈里，但STS-33的机组面临一个不愉快的难题：如果他们无法修理该阀门，他们将不得不在剩下5天的任务中使用令人恐惧的FCA。不出意料，机组成员一致投票希望取消任务并提前返回地球，以免遭受此噩梦。然而，这将迫使航天飞机降落在非洲的备用着陆点，因为它不在返回肯尼迪航天中心的正常轨道上。

幸运的是，在与地面控制中心协商后，宇航员确定，只要撕下WCS前盖，并用一把老虎钳夹住滑阀的杠杆，他们就能继续安全使用这个太空厕所——这证明了克林特·伊斯特伍德在《老爷车》中的名言：有胶带、WD-40和老虎钳，就能修好任何东西。危机解除后，机组人员安心享用火鸡、土豆和西兰花组成的感恩节晚餐，并顺利完成任务。

2000年，NASA为国际空间站推出了新型厕所ISS，当时空间站刚开始建造两年。虽然总体上与航天飞机的WCS类似，但ISS不再使用单一收集罐，而是使用装在铝罐中的20升微孔塑料袋。微孔允许空气通过，但不允许液体或固体通过，使厕所风扇得以将废物拉向袋底。袋子装满后，容器会被密封，并与空间站其他垃圾一起装载到无人供给飞船（如诺斯罗普·格鲁曼的"天鹅座"和俄国的"进步号"）上，最终在大气层中烧毁。所以现在你知道了：如果你在夜空看到格外明亮的流星，很可能那是燃烧的……宇航员粪便。

尽管设计有所改进，使用ISS的厕所仍远称不上愉快，大多数宇航员都把上厕所列为太空飞行中最不喜欢的经历。NASA的资深宇航员佩吉·惠特森（Peggy Whitson）——她保持着NASA最长累计太空时间纪录（665天）——解释道：

"当（收集袋）开始变满时，你必须戴上橡胶手套，把它压实。"

与此同时，尿液的收集方式与几十年来一样：使用一根带有男女适配器的独立真空软管。不过，由于水资源在太空中极其宝贵，并且将其运送到轨道成本极高，尿液不像以前那样被排放到舱外，而是通过名为"水处理组件"（WPA）的高科技回收系统，利用一系列微滤器和催化床去除并中和污染物，将尿液回收为可饮用水。正如NASA宇航员杰西卡·梅尔（Jessica Muir）所解释：

"在空间站上，我们回收大约90%的所有基于水的液体，包括尿液和汗水。我们试图模仿地球自然水循环的某些环节，从空气中回收水。而在ISS上，我们的尿会成为明天的咖啡！"

与以往太空计划相同，一些宇航员的废物会被储存并返回地球，由飞行医生分析。尿液首先被收集在与水星、双子星和阿波罗宇航员使用的尿液收集装置非常相似的塑料袋中。随后用注射器抽取样本，存放在一个名为"国际空间站零下八十度实验冷冻柜"（MELFI）的特殊舱室中，随后由联盟号或龙飞船带回地球。

截至目前，固体排泄物还不会被处理以提取水分，不过NASA正在努力解决这一问题。2021年，NASA也向ISS发送了一个盐水处理单元，以回收WPA无法处理的剩余水分。目标是在向火星派遣首批人类之前，实现至少98%的水回收率。所以对于所有《沙丘》粉丝来说，这是个好消息：现实中的蒸馏服可能就在不远的将来！

目前，ISS上有三个厕所，分别位于"曙光号"、"科学号"和"宁静号"舱段。与之前的航天飞机WCS一样，这些厕所也不总是完美工作，其中最严重的一次故障发生在2008年5月21日，当时唯一的ISS厕所的液体废物抽吸泵坏掉了。当时，ISS上只有一个厕所，迫使宇航员使用袋子或停靠在ISS上的联盟号厕所来收集尿液。固体废物系统未受影响。幸运的是，STS-124的发射已定于10天后进行，因此一个替换泵被装入外交邮袋，从俄罗斯隔夜送达肯尼迪航天中心，并于6月2日成功送至ISS。据估计，ISS上的三个厕所大约每月会发生一次故障——所幸几乎总是小问题。但随着NASA正准备将宇航员重新送上月球，并最终送往火星，即便是ISS上相对先进的厕所也已不够。

因此，2018年NASA推出了下一代太空废物处理系统：通用废物管理系统（UWMS）。该系统研发成本2300万美元，重量减轻40%，体积缩小65%，并且能效显著提高，使其更容易集成到未来将执行阿耳忒弥斯登月任务的猎户座飞船中。当安装在ISS或前往火星的飞船上时，UWMS将连接到船上的水回收系统；而在像阿耳忒弥斯这样的短期任务中，废物只需存放在储罐中等待后续处理。UWMS也更加重视舒适性与人体工学，配有倾斜、贴合的座椅，以及一个加长的一体化漏斗，让宇航员可以同时排尿和排便。新的设计也大幅提升了男女皆可方便使用的程度。

虽然UWMS代表当今太空厕所设计的最先进水平，仍有一个主要问题尚未解决：如何在宇航服内部妥善管理废物。目前，这依靠最大吸收服——也就是成人纸尿裤——来完成，但这只适用于持续数小时的现有舱外活动（EVA）。未来月球或火星任务中遇到的长时间EVA则完全是另一回事。尿液收集相对简单，但仅适用于男性。女性的解剖结构特性，包括生殖区域形状、阴毛以及月经的现实，使得问题大大复杂化。

尽管NASA可以通过让女宇航员剃掉阴毛、服用避孕药以调节月经来缓解部分问题，但这超出了NASA对宇航员的合理要求。因此，该机构寻求完全基于硬件的解决方案。例如，1981年NASA申请了一项女性尿液收集装置专利，带有阴道插入部件，以防止尿液飞滴或粪便颗粒飘入阴道导致感染。但此类系统尚未成功集成到任何实用宇航服中。

固体废物的处理问题更加棘手，因为密封更加困难，而且粪便比液体废物更难自动处理。因此，2016年NASA发起了名字极其精彩的"太空排便挑战赛"（Space Poop Challenge），向任何能提出实用宇航服废物管理系统的人提供1.5万美元奖金。最终获胜者是飞行医生兼家庭医疗师萨切尔·卡登（Thatcher Cardon）博士，他在晚上和周末在家人帮助下开发了他的原型系统。该系统在宇航服裆部集成了一个小型通道，可连接各种袋子和软管以移除固体与液体废物。根据卡登所说，这个通道还可用于进行腹部紧急手术等医疗程序。然而尽管创新，该系统距离真正用于太空还有很长距离，截至目前，宇航服内长期废物管理的问题尚未解决。

不过随着NASA在这一问题上不断努力，我们可以放心，当第一名宇航员在火星上排出一坨便便时，这将由人类所能构想出的最佳技术协助完成。

文/Gilles Messier

译/tim

校对/tamiya2

原文/www.todayifoundout.com/index.php/2024/12/to-boldly-go-where-no-one-has-gone-before-how-do-astronauts-answer-the-call-of-nature-in-space/

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