神舟13号航天员将在太空呆6个月,如厕问题怎么解决?技术含量( 二 )


神舟13号航天员将在太空呆6个月,如厕问题怎么解决?技术含量
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国际空间站上的马桶开口大小
别看这种太空抽气马桶如此不好使 , 内部结构可是相当复杂 , 属于高科技产品 。 随着技术的不断改进 , 太空马桶还配备了尿液分流器、粪便压缩干燥器、臭味抑制器和细菌过滤器等设备 , 技术含量很高 。 现在据说还出现了能够在如厕后吹干屁股的吹风机 , 考虑的算是相当周到了 。
不仅仅是大小便 , 航天员的另一种排泄物:气体 , 也需要用太空马桶解决 。 由于屁的成分中含有甲烷、氢气等可燃气体 , 如果直接排到空间站的空气中 , 不仅味道难闻 , 积聚起来还有爆炸风险 。 因此 , 航天员如果想要释放气体 , 也得使用抽气马桶 。
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国际空间站上的俄制厕所
在太空马桶领域 , 俄罗斯的技术在相当长的时间里都比美国好 , 以至于国际空间站上的厕所就是俄罗斯建造的 , 价钱高达1900万美元 。 后来NASA自己开发了一套马桶UWMS送了上云 , 使用更方便 , 更耐腐蚀 , 对女性也更加友好 。 据说在研制过程中特意研究了女性志愿者的如厕过程 , 以便达到最佳的人体工程学效果 。 但这套马桶比俄国货还贵 , 价格达到了2300万美元 。
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新式太空马桶UWMS
我国在神舟5号首次载人上太空时 , 由于逗留时间短 , 航天服里配备的还是类似尿不湿的小便收集装置 , 到了神舟6号就有了类似太空抽气马桶的大小便收集器 。 现在 , 我国空间站也配备了自主研制的专属太空马桶 , 根据男女航天员的不同生理结构特点设计 , 可以在风机作用下 , 产生稳定、可靠的气体流场 , 从而在微重力环境下实现排泄物的收集 , 这说明我们在“太空如厕技术”方面已经达到了国际先进水平 。
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解决了如何如厕的问题并不算完 , 还得考虑如何处理排泄物 。 神舟13号的3名航天员将在太空中呆上6个月 , 这期间产生的排泄物总量还是相当大的!
一般来说 , 人每天平均需要排便150~200克 , 排尿1500~2000毫升 。 咱们取个中值 , 按每天排便175克 , 排尿1750毫升计算 , 3名航天员在6个月时间里总的排便量将达到94.5公斤 , 排尿量更是达到了964公斤(尿比重按1.02) 。 即便考虑到航天员吃的可能是低残渣饮食 , 排便量较少 , 但尿液是不太可能能减少的 , 排泄物总量还是大概率会超过1000公斤 , 十分惊人 。
这么大的量 , 能不能像在地球上一样 , 建一个化粪池来储存呢?在寸土寸金的空间站上显然不能 , 而且储存这么多排泄物也没多大用处 。 因此 , 粪便会进行真空干燥处理 , 排出其中的水分 , 剩下的固体物质将被带回地球 , 或是由货运飞船在返回时在大气层中烧毁 , 化作流星般的烟火 。
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货运飞船在返回大气层时烧毁
不过除了便便之外 , 尿液也是个大问题!根据前面的计算 , 在6个月的时间里3位航天员的排尿量达到900多公斤 , 接近1吨 , 这么多的尿液会占据相当大的体积 , 不可能一直储存在空间站上 。 因此 , 早期的太空厕所会将其直接排出舱外 。 尿液一到外面就会先沸腾 , 然后再凝华 , 形成云状的尿晶体 , 闪闪发光十分漂亮 。
然而在观赏完美景后 , 这些冰晶就会带来很大的麻烦 。 1986年发射的和平号空间站就使用了排出式的浴室和厕所 , 经过多年运行之后 , 太阳能电池板被洗澡水和尿液形成的冰块层层包裹 , 发电效率损失了40% , 运动的冰块还会撞击电池板造成损坏 。
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和平号空间站
因此 , 现在空间站里的太空马桶已经不再向太空直排 , 而是会先对尿液进行处理 。 由于尿的成分绝大部分都是水 , 而水在太空中是一种宝贵的资源 。 用火箭和货运飞船向空间站运送1吨水 , 代价是非常高昂的 , 因此 , 尿里的水分就被科学家看中了 。
我国空间站就配备了尿处理子系统和净水器 , 在经过蒸馏和深度净化等复杂的处理工艺后 , 尿液中的水分会被回收 , 纯净程度达到了可以饮用的水平 。 航天员不仅可以喝这些水 , 还能够拿来制氧 。 这样一来 , 空间站就实现了水的循环利用 , 极大地减轻了物资运送的负担和成本 。