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每天一个冷知识:宇航员在太空如何解决生理需求?

人文社 · 5 小时前
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| 人文社
编辑 | 人文社
«——【前言】——»
这是一个关于“尊严”与“生存”博弈的故事,发生在离地几百公里的高空。
如果你看过那些光鲜亮丽的太空大片,脑海里的宇航员形象大概是这样的:穿着洁白无瑕的宇航服,眼神坚毅,在复杂的仪表盘前运筹帷幄,背景是深邃的宇宙和蓝色的地球。
但今天我们要把滤镜关掉,聊点有味道的“真理”。在人类半个多世纪的太空探索史上,比起怎么把火箭送上天,怎么把宇航员肚子里的“存货”弄出来且不糊在脸上,简直是困扰了顶尖科学家几十年的噩梦。
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这不是下三路的段子,这是硬核的流体力学和人体工程学灾难现场。
憋不住的英雄

把时钟拨回1961年。那是太空竞赛最疯狂的年代,苏联人加加林刚转了一圈回来,美国人急了。他们选定了艾伦·谢泼德,准备把他塞进“自由7号”飞船,以此证明美国人也能上天。
当时的NASA工程师犯了一个极其典型的“理工男式”错误:他们算准了轨道、推力、再入角度,唯独没算准谢泼德的膀胱。任务计划只有15分钟,工程师一拍大腿:才一刻钟,憋一憋不就完了吗?还要什么自行车(厕所)?
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结果那天老天爷不开眼,发射因云层和故障一拖再拖。谢泼德被绑在那个狭小的罐头里,保持着双腿抬高的姿势,硬生生等了三个多小时。
生理极限是不讲政治的。谢泼德在那头喊话:我不行了,我要撒尿。
地面指挥中心那帮人全傻了。这不在流程表里啊!有人提议让他出来尿,但这意味着要拧开舱门上那70多个螺栓,发射还得再推迟几小时。最后没办法,只能让他直接尿在裤子里。
这事儿有个极具讽刺意味的技术细节:宇航服里贴身穿的是全棉加羊毛的长内衣,而且装满了各种监测心跳体温的生物传感器。地面最担心的是那泡热尿会不会导致电路短路,把这位国家英雄给电着。经过一番激烈的电流负载计算,指挥中心那是咬着后槽牙下令:“尿吧,电源我们也给你关了。”
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于是,美国第一位进入太空的英雄,是穿着一条湿漉漉、以后背为中心向四周扩散温热感的棉毛裤,冲向了星辰大海。好在宇航服里时刻通着纯氧风冷,不一会儿就给他吹干了。
这件事直接把NASA那帮高高在上的科学家给整醒了:只要是人,就得排泄,这事儿跟爱不爱国没关系。
自尊心的战争

到了后面的任务,时间越来越长,靠“尿裤子”肯定不行了。工程师们这就开始整活。
最早的方案简单粗暴:导尿管。但这玩意儿插进去谁受得了?飞行员也是人,还没上天先被捅一下,不仅疼,还容易尿路感染。这方案很快就被扔进了垃圾桶。
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既然内置不行,那就外接。于是诞生了一个让无数硬汉脸红的装置——尿液收集器(UCD)。说白了,这就是个带管子的加强版,连着一个集尿袋,还要用一根带子绑在腰上。
这里面有个特别有意思的人性博弈。
NASA这帮做工程的,讲究严丝合缝。为了保证不漏尿,他们给这套装置设计了三个尺寸:小号、中号、大号。结果发下去之后发现,所有宇航员在填表格领装备的时候,清一色都勾选了“大号”。
你能想象那画面吗?太空中是微重力环境,液体表面张力占主导。如果那玩意尺寸买大了,套得不紧,尿液就会顺着缝隙爬出来,然后像幽灵一样在宇航服里到处乱飘。
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吃了几次亏之后,这帮硬汉终于对物理学低头了。后来虽然还是三个尺寸,但名字改了:大号、特大号、巨无霸号。这下大家心里舒坦了,也能实事求是地选“大号”了(其实就是原来的小号),漏尿事故率直线下降。
这里得补一个冷知识:在地球上,尿满了你会想上厕所,是因为重力把尿液压在膀胱底部,刺激神经。但在太空失重环境下,尿液会悬浮在膀胱中央,聚成一个完美的球体。
这就导致膀胱壁根本感觉不到压力,等宇航员感觉到“不行了”的时候,那个尿球通常已经大到快把膀胱撑爆了。
所以约翰·格伦第一次在轨道上成功排出700多毫升尿液时,那不仅是生理的释放,简直是泌尿医学的奇迹。
屎袋子的噩梦

尿的问题好歹算是解决了,大便才是真正的终极BOSS。
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在阿波罗登月那个阶段,人类能把人送上月球,却没法体面地解决拉屎问题。NASA给出的解决方案叫“粪便收集组件(FCA)”。这名字听着高大上,其实就是个这种操作流程:
一个透明的塑料袋,袋口有一圈不干胶。
宇航员要用的时候,得先脱光屁股,把这个袋子像贴膏药一样严丝合缝地粘在菊花周围。这还不是最惨的,最惨的是在失重环境下,屎是不会自己掉下来的。它会悬在出口,或者甚至往回缩。
所以,这个高科技袋子的侧面设计了一个指套。
你没听错。宇航员得把手指伸进这个指套里,隔着塑料袋,手动把排泄物从体内“扣”出来,然后还要用手指引导它进入袋子深处。这画面太美,我不敢细描。
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完事了吗?没有。这袋屎不能扔出舱外,得带回地球。为了防止它在袋子里发酵产生沼气甚至爆炸(屎炸弹),宇航员还得往里头扔一包杀菌剂(通常是蓝色的),然后用手把袋子揉搓一遍,确保杀菌剂和排泄物充分混合。
这一套流程下来,熟练工也得折腾45分钟。而且那个味道……阿波罗飞船那点狭小的空间,基本就变成了生化武器试验场。
这也是为什么在阿波罗10号的任务录音里,留下了那段著名的人类迷惑对话。当时指令长斯塔福德突然惊恐地发现空中飘浮着一坨不明棕色物体,大喊:“快给我张纸!这有一坨屎在飘!”
所有人都否认是自己干的。那坨屎就那么优雅地在指令舱里像小行星一样公转。这成了航天史上最大的悬案之一:谁的括约肌没夹住?
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为了少拉屎,NASA甚至在食谱上下了狠手。宇航员上天前吃的都是“低残渣食品”——全是精肉、鸡蛋,几乎没有纤维。这样能保证身体吸收率极高,剩下的残渣极少。这也就是为什么牛排鸡蛋成了美国宇航员的传统早餐,真不是为了吃好的,是为了少拉点。
坐得稳才能拉得出

等到航天飞机时代,人类终于觉得不能再这么原始了,必须把真正的马桶搬上天。
但太空马桶和地球马桶完全是两个物种。地球马桶靠重力冲水,太空马桶靠吸尘器吸气。
航天飞机的WCS系统(废物收集系统)造价高达几百万美元。它的原理是利用强大的气流,把排泄物生生吸进收纳桶里。
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但这玩意有个巨大的BUG:口径太小。
为了保证负压效果,马桶圈中间那个洞,直径只有10厘米左右。你现在可以低头看看自家马桶,那个洞通常都在20-25厘米以上。让宇航员在飘浮状态下,把屁股精准地对准这个10厘米的小眼,难度不亚于太空飞船对接。
为此,NASA专门搞了个马桶模拟器。这模拟器最损的地方在于,马桶圈里面装了个摄像头,连着外面的监视器。宇航员训练的时候,必须盯着屏幕里的自己白花花的屁股,练习如何调整坐姿,直到能通过摄像头看到精准的“靶心”对齐。这大概是宇航员生涯中最想销毁的黑历史录像。
即便练成了神功,实战中也充满惊吓。
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航天飞机那个马桶,为了处理固体粪便,早期设计里有个类似搅拌机的叶片,把粪便打碎后甩到桶壁上进行冷冻干燥。你就想象一下,你坐在一个高速旋转的破壁机上面,虽然隔着挡板,但那种心理阴影面积得有多大?
更可怕的是真空事故。有一次任务中,排污阀门出了故障,导致马桶直接连通了外太空的真空环境。指令长格雷戈里当时正坐在上面,瞬间就被巨大的吸力死死吸在马桶圈上,动弹不得。更要命的是,因为气压差,还在液化状态的氧气混着冷风直接喷到了他的私密部位。
这种体验,大概比坐过山车还刺激。后来还是队友拿老虎钳硬生生把阀门修好的。要是修不好,全船人就得重回“手扣屎袋”的噩梦时代。
喝下昨天的自己

到了现在的国际空间站(ISS),技术又进化了。
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最大的变化不是拉屎,而是尿。现在的空间站,每一滴水都比黄金还贵。把尿扔出舱外?太奢侈了。
ISS上有一套极其复杂的水循环系统(WPA)。它能收集尿液、空气中的汗液、甚至老鼠实验舱里的水分,通过蒸馏、过滤、催化氧化等一系列黑科技,把它变成比地球自来水还纯净的饮用水。
宇航员圈子里有句名言:“在空间站,咖啡从来没有真正消失,它只是变成了明天的咖啡。”
虽然听着膈应,但这是星际移民的前置科技树。你要去火星,单程大半年,靠带水肯定不够喝,只能自产自销。
至于那个让人头大的马桶,现在也升级成了“通用废物管理系统”(UWMS)。
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这玩意儿花了2300万美元,比以前更小、更轻,最重要的是,它终于考虑了人体工学,加长了漏斗,让宇航员可以像在地球上一样,同时解决大小便(以前的系统因为结构问题,大小便往往得在这个动作上分开进行,极其反人类)。
最后的遮羞布

看到这你可能觉得,人类已经彻底战胜了太空排泄难题。
其实并没有。
这所有的高科技马桶,都得是你“人在舱内,且没穿宇航服”的时候才能用。一旦你要出舱行走(EVA),或者像未来的阿尔忒弥斯计划那样,在发射和返回阶段长时间穿着加压服,人类目前最顶尖的解决方案依然是,纸尿裤。
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没错,这东西有个学名叫“最大吸收量服装(MAG),其实就是个能吸2000毫升液体的超级尿不湿。
当年阿波罗登月,巴兹·奥尔德林从梯子上跳下月球表面的那一刻,受到的冲击力让他没忍住,直接尿在了尿袋里(那时候还是UCD)。结果设备被震坏了,尿液全漏进了靴子里。
所以,当他在月球表面那张著名的照片被全世界膜拜时,只有他自己知道,他的脚正泡在温热的液体里。
未来的火星任务更严峻。如果飞船出故障,宇航员可能要在宇航服里生存6天(144小时)。现在的纸尿裤可撑不了这么久,到时候就是严重的感染和溃烂。NASA甚至为此搞了个“太空便便挑战赛”,悬赏几万美金求民间高手支招。
目前的冠军方案是在宇航服裆部开个微创口,用气流把排泄物吸走,听着还是很像当年的导尿管和吸尘器的私生子。
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所以,当我们仰望星空,感叹人类科技的伟大时,别忘了,在那层厚厚的宇航服下,那些探索宇宙的先驱们,可能正忍受着我们难以想象的生理尴尬。
这或许就是凡人修仙的代价:你可以把思想寄托给光年之外的星辰,但你的肉体,永远得处理好这一日三餐后的五谷轮回。在浩瀚宇宙面前,人类最难征服的,其实还是自己的屁股。

内容来源于联合早报中文网网友投稿

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