李忠東

迄今，人類已經(jīng)攻克了探測(cè)太空征程中一道又一道的技術(shù)難題，宇航員總能接觸到世界上最先進(jìn)的相關(guān)裝備設(shè)施，但是像如廁這種在地球上輕而易舉的事情，到了天上卻成為一大挑戰(zhàn)。

美國(guó)宇航局（NASA）考慮到人類的基本需求，確實(shí)在宇宙飛船上配備了非常先進(jìn)的廢物處理系統(tǒng)，可它們只有在宇航員沒有穿著宇航服的時(shí)候才能派上用場(chǎng)，在發(fā)射、著陸或者一些緊急情況下，宇航員不得不戴上不那么舒服的太空尿片，以備不時(shí)之需?？蛇@畢竟只是權(quán)宜之計(jì)，NASA的科學(xué)家為此傷透了腦筋，甚至有些黔驢技窮了，于是他們開始向社會(huì)大眾尋求幫助。

NASA發(fā)布的圖表詳細(xì)解釋了微重力環(huán)境對(duì)宇航員造成的種種影響。

太空如廁不容易

目前，宇航員在國(guó)際空間站的如廁問題主要還是依靠馬桶解決。不過，這款馬桶與我們?nèi)粘Ｊ褂玫耐耆煌梢粋€(gè)吸塵器狀的抽吸系統(tǒng)組成，僅成本就高達(dá)1900萬(wàn)美元（約合人民幣1.31億元）。該馬桶只有一個(gè)直徑10厘米的開口，可通過真空作用吸掉固體廢物，這與我們?nèi)粘Ｊ褂玫耐ǔＶ睆綖?0～45厘米的馬桶圈相比，舒適度差遠(yuǎn)了，但事實(shí)上，這已經(jīng)是改良之后的新品了。

美國(guó)宇航局（NASA）發(fā)言人琳內(nèi)特·麥迪遜稱：“這套新馬桶設(shè)備能將宇航員的尿液轉(zhuǎn)化成飲用水，不會(huì)再像之前的廁所系統(tǒng)那樣把尿液直接排向宇宙空間。當(dāng)然，宇航員在使用這款馬桶時(shí)，需要克服一些心理上的障礙。而且制造這套系統(tǒng)就像在地球上建造一個(gè)市政處理中心一樣，是一項(xiàng)很復(fù)雜的工程。”

由于宇宙空間的引力極其微弱，因此宇航員在如廁時(shí)，還得將身體固定在馬桶座上，嚴(yán)絲合縫，以確保沒有糞便逸出。如果他們想排泄尿液，還需要使用軟管適配器，通過漏斗狀的裝置排泄。如廁都要如此這般，是因?yàn)樵谑е貭顟B(tài)下，糞便也會(huì)像其他物體一樣飄來(lái)飄去，直至附著在物體的表面。這不是個(gè)小問題，美國(guó)宇航員斯科特·凱利在12個(gè)月的軌道飛行中一共“生產(chǎn)”了82千克糞便。想象一下，如果沒有這套系統(tǒng)，將會(huì)是一番怎樣的景象？

太空尿片不完美

NASA近日發(fā)布了一張圖表，詳細(xì)解釋了微重力環(huán)境對(duì)宇航員造成的種種影響。其中，一則比較有趣的信息就是關(guān)于宇航員的排泄物處理問題的。通常，宇航員的固體排泄物會(huì)被統(tǒng)一收集后作為垃圾最終丟入大氣層，形成流星，燃燒殆盡。

在執(zhí)行太空行走任務(wù)時(shí)，宇航員不得不穿著厚重笨拙的航天服，這更給如廁帶來(lái)了諸多不便。目前，解決宇航員身穿航天服期間內(nèi)急的方法，主要是使用吸水性極強(qiáng)的墊子。這種巨大的“太空尿片”雖然非常有效，但卻只適用于不時(shí)之需。一旦遇到緊急情況，宇航員必須連續(xù)數(shù)日穿著航天服，那就無(wú)法及時(shí)清除排泄物，可能導(dǎo)致宇航員皮膚感染，甚至出現(xiàn)膿毒癥。

從目前的情況來(lái)看，宇航員距離地球表面并沒有那么遠(yuǎn)，如果身體健康出現(xiàn)緊急狀況還可以很快返回地球接受治療。但是，人類已經(jīng)在計(jì)劃針對(duì)深空的距離更加遙遠(yuǎn)的太空飛行，那么一旦出現(xiàn)緊急情況就無(wú)法應(yīng)對(duì)了。要避免此類情況的發(fā)生，現(xiàn)有的太空尿片，乃至整個(gè)處理系統(tǒng)升級(jí)換代勢(shì)在必行。

曾在國(guó)際空間站工作的NASA資深宇航員里克·馬斯特拉基奧說(shuō)：“隨著人類跨越近地軌道，將探索太空的目光望向更遙遠(yuǎn)的火星，我們會(huì)有許多新問題需要解決，其中大部分是復(fù)雜的技術(shù)問題，當(dāng)然也涉及到一些基本的生理問題，比如‘我們?cè)谔罩腥绾紊蠋?。這雖然聽起來(lái)有些不雅，但卻事關(guān)生存。你肯定不希望糞便連續(xù)幾天一直附著在你的身體上。如果你曾經(jīng)照顧過嬰兒，那就會(huì)知道嬰兒用尿布包裹屁股很容易出現(xiàn)尿布疹。如果在太空中的宇航員患上此病，那將非常棘手?！?/p>

征求方案破難題

為了尋找替代或升級(jí)現(xiàn)有的太空尿片的方案，NASA與Hero X基金會(huì)于2016年10月共同發(fā)起了“太空便便挑戰(zhàn)賽”（Space Poop Challenge），廣邀民間高手，征集設(shè)計(jì)方案。這個(gè)比賽由NASA下設(shè)的一個(gè)負(fù)責(zé)技術(shù)招標(biāo)的實(shí)驗(yàn)室主持，入選方案有望在3～4年內(nèi)接受實(shí)際測(cè)試。

目前用于解決宇航員內(nèi)急問題的“太空尿片”

挑戰(zhàn)賽的說(shuō)明文檔是這樣描述的：“過去，解決這件事（如廁）的標(biāo)準(zhǔn)方案就是使用太空尿片。然而這只是一種非常臨時(shí)的解決辦法，因?yàn)闀r(shí)間超過一天，該尿片就已失去了保護(hù)作用，這對(duì)宇航員的身體健康會(huì)有不小的危害。如果未來(lái)宇航員需要前往更遙遠(yuǎn)的深空，那么這個(gè)問題可能會(huì)變得更加急迫?！?/p>

NASA發(fā)言人琳內(nèi)特在新聞發(fā)布會(huì)上表示：“舉辦這次大賽的目的是找到一種安全并且在醫(yī)學(xué)上可行的解決方案，從而讓長(zhǎng)時(shí)間行動(dòng)受限的宇航員能夠不被自己的排泄物所困擾?！?/p>

對(duì)于未來(lái)航天服排泄物處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，NASA提出了兩個(gè)明確的要求：首先，系統(tǒng)必須能夠持續(xù)收集一名宇航員6天的排泄物，并確保連續(xù)穿著航天服對(duì)身體無(wú)礙;其次，考慮到太空中的物體通常處于漂浮狀態(tài)，航天服排泄物處理系統(tǒng)必須能夠在微重力條件下工作，而且即便在宇航員太空行走或緊急情況下仍能處于加壓狀態(tài)，以保證工作人員能夠在宇航員抵達(dá)安全地點(diǎn)或者返回加壓環(huán)境之后，清理他們的糞便。

民間高手獻(xiàn)智慧

截至2016年12月20日，“太空便便挑戰(zhàn)賽”組委會(huì)收到了5000多種解決方案，這些方案是由1.9萬(wàn)名參賽者組成的150多個(gè)團(tuán)隊(duì)提供的。據(jù)悉，參賽者遍布全球所有國(guó)家和地區(qū)，甚至還包括南極洲。

2017年2月16日，贏得此次挑戰(zhàn)賽的3個(gè)設(shè)計(jì)方案揭曉，拔得頭籌的方案設(shè)計(jì)者是航空軍醫(yī)撒切爾·卡東，他獲得了1.5萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金。他的方案主要圍繞一個(gè)位于航天服大腿根部的“接入口”展開，他利用自己進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出一種置于航天服大腿根部的小氣塞。在這個(gè)“接入口”，有兩個(gè)能夠向外打開的瓣膜和一個(gè)小氣閥。通過這個(gè)出口，可實(shí)現(xiàn)可充氣“尿片”的傳遞，讓宇航員自行更換尿片，并把排泄物排出航天服。“我從來(lái)不覺得將排泄物暫留在航天服內(nèi)是什么好主意，”他強(qiáng)調(diào)道，“所以一直在想怎么才能讓排泄物輕而易舉地從航天服中排出。醫(yī)生能夠通過動(dòng)脈中的導(dǎo)管更換心臟瓣膜，那么處理一點(diǎn)點(diǎn)糞便也應(yīng)該沒什么問題。”

另一由內(nèi)科醫(yī)生、工程師和牙醫(yī)組成的三人設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)獲得了第二名。他們的“氣動(dòng)航天服廢棄物處置系統(tǒng)”方案能夠讓排泄物離開宇航員的身體，轉(zhuǎn)移到航天服的不同部位。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人若澤·岡薩雷斯說(shuō)：“所需氣體可通過宇航員被動(dòng)或主動(dòng)挪動(dòng)身體產(chǎn)生?！钡谌麆t被產(chǎn)品設(shè)計(jì)師雨果·謝利斬獲，他設(shè)計(jì)的方案能夠在航天服內(nèi)對(duì)排泄物進(jìn)行儲(chǔ)存和消毒。

社會(huì)大眾的這些創(chuàng)意，為NASA的科學(xué)家提供了現(xiàn)實(shí)可行的解決方案和設(shè)計(jì)靈感。如果未來(lái)人類要前往火星，那么就必須盡快打造新型的航天服排泄物處理系統(tǒng)。NASA“獵戶座”載人飛船宇航員生存系統(tǒng)項(xiàng)目總監(jiān)達(dá)斯廷·戈默特認(rèn)為，獲得前三名的設(shè)計(jì)方案各有特色，如果將這些奇思妙想加以組合或改進(jìn)，就能打造出適應(yīng)長(zhǎng)期滯留太空之需的“排便”系統(tǒng)。事實(shí)上，這些方案在地球上也有用武之地，譬如可以安全有效地清理臥床患者的排泄物。

看來(lái)宇航員的太空生活并沒有我們想象中的那么輕松自在，他們?cè)谔罩忻媾R著許多困難和障礙，甚至在地球上簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的如廁，也會(huì)給他們?cè)斐刹恍〉穆闊?，也許這就是人類為了探尋宇宙奧秘所必須付出的代價(jià)吧！