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                    《科學24小時》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    旨在向全國廣大群眾,特別是具有中等文化程度的廣大青年,普及科學技術知識,繁榮科普創作,啟迪思想,開拓視野。

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                    再見,太空尿片

                    2017-12-13 13:53:00

                      迄今,人類已經攻克了探測太空征程中一道又一道的技術難題,宇航員總能接觸到世界上最先進的相關裝備設施,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。

                      美國宇航局(NASA)考慮到人類的基本需求,確實在宇宙飛船上配備了非常先進的廢物處理系統,可它們只有在宇航員沒有穿著宇航服的時候才能派上用場,在發射、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,以備不時之需??蛇@畢竟只是權宜之計,NASA的科學家為此傷透了腦筋,甚至有黔驢技窮了,于是他們開始向社會大眾尋求幫助。

                      太空如廁不容易

                      目前,宇航員在國際空間站的如廁問題主要還是依靠馬桶解決。不過,這款馬桶與我們日常使用的完不同,它由一個吸塵器狀的抽吸系統組成,僅成本就高達1900萬美元(約合人民幣1.31億元)。該馬桶只有一個直徑10厘米的開口,可通過真空作用吸掉固體廢物,這與我們日常使用的通常直徑為30~45厘米的馬桶圈相比,舒適度差遠了,但事實上,這已經是改良之后的新品了。

                      美國宇航局(NASA)發言人琳內特·麥迪遜稱:“這套新馬桶設備能將宇航員的尿液轉化成飲用水,不會再像之前的廁所系統那樣把尿液直接排向宇宙空間。當然,宇航員在使用這款馬桶時,需要克服一些心理上的障礙。而且制造這套系統就像在地球上建造一個市政處理中心一樣,是一項很復雜的工程?!?/font>

                      由于宇宙空間的引力極其微弱,因此宇航員在如廁時,還得將身體固定在馬桶座上,嚴絲合縫,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,是因為在失重狀態下,糞便也會像其他物體一樣飄來飄去,直至附著在物體的表面。這不是個小問題,美國宇航員斯科特·凱利在12個月的軌道飛行中一共“生產”了82千克糞便。想象一下,如果沒有這套系統,將會是一番怎樣的景象?

                      太空尿片不完美

                      NASA近日發布了一張圖表,詳細解釋了微重力環境對宇航員造成的種種影響。其中,一則比較有趣的信息就是關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被統一收集后作為垃圾最終丟入大氣層,形成流星,燃燒殆盡。

                      在執行太空行走任務時,宇航員不得不穿著厚重笨拙的航天服,這更給如廁帶來了諸多不便。目前,解決宇航員身穿航天服期間內急的方法,主要是使用吸水性極強的墊子。這種巨大的“太空尿片”雖然非常有效,但卻只適用于不時之需。一旦遇到緊急情況,宇航員必須連續數日穿航天服,那就無法及時清除排泄物,可能導致宇航員皮膚感染,甚至出現膿毒癥。

                      從目前的情況來看,宇航員距離地球表面并沒有那么遠,如果身體健康出現緊急狀況還可以很快返回地球接受治療。但是,人類已經在計劃針對深空的距離更加遙遠的太空飛行,那么一旦出現緊急情況就無法應對了。要避免此類情況的發生,現有的太空尿片,乃至整個處理系統升級換代勢在必行。

                      曾在國際空間站工作的NASA資深宇航員里克·馬斯特拉基奧說:“隨著人類跨越近地軌道,將探索太空的目光望向更遙遠的火星,我們會有許多新問題需要解決,其中大部分是復雜的技術問題,當然也涉及到一些基本的生理問題,比如‘我們在太空中如何上廁所’。這雖然聽起來有些不雅,但卻事關生存。你肯定不希望糞便連續幾天一直附著在你的身體上。如果你曾經照顧過嬰兒,那就會知道嬰兒用尿布包裹屁股很容易出現尿布疹。如果在太空中的宇航員患上此病,那將非常棘手?!?/font>

                      征求方案破難題

                      為了尋找替代或升級現有的太空尿片的方案,NASA與Hero X基金會于2016年10月共同發起了“太空便便挑戰賽”(Space Poop Chal-lenge),廣邀民間高手,征集設計方案。這個比賽由NASA下設的一個負責技術招標的實驗室主持,入選方案有望在3~4年內接受實際測試。

                      NASA發布的圖表詳細解釋了微重力環境對宇航員造成的種種影響。挑戰賽的說明文檔是這樣描述的:“過去,解決這件事(如廁)的標準方案就是使用太空尿片。然而這只是一種非常臨時的解決辦法,因為時間超過一天,該尿片就已失去了保護作用,這對宇航員的身體健康會有不小的危害。如果未來宇航員需要前往更遙遠的深空,那么這個問題可能會變得更加急迫?!?/font>

                      NASA發言人琳內特在新聞發布會上表示:“舉辦這次大賽的目的是找到一種安全并且在醫學上可行的解決方案,從而讓長時間行動受限的宇航員能夠不被自己的排泄物所困擾?!?/font>

                      對于未來航天服排泄物處理系統的設計,NASA提出了兩個明確的要求:首先,系統必須能夠持續收集一名宇航員6天的排泄物,并確保連續穿著航天服對身體無礙;其次,考慮到太空中的物體通常處于漂浮狀態,航天服排泄物處理系統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,以保證工作人員能夠在宇航員抵達安全地點或者返回加壓環境之后,清理他們的糞便。

                      民間高手獻智慧

                      截至2016年12月20日,“太空便便挑戰賽”組委會收到了5000多種解決方案,這些方案是由1.9萬名參賽者組成的 150 多個團隊提供的。據悉,參賽者遍布全球所有國家和地區,甚至還包括南極洲。

                      2017年2月16日,贏得此次挑戰賽的3個設計方案揭曉,拔得頭籌的方案設計者是航空軍醫撒切爾·卡東,他獲得了1.5萬美元的獎金。他的方案主要圍繞一個位于航天服大腿根部的“接入口”打開,他利用自己進行微創手術的經驗,設計出一種置于航天服大腿根部的小氣塞。在這個“接入口”,有兩個能夠向外打開的瓣膜和一個小氣閥。通過這個出口,可實現可充氣“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?!拔覐膩聿挥X得將排泄物暫留在航天服內是什么好主意,”他強調道,“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。醫生能夠通過動脈中的導管更換心臟瓣膜,那么處理一點點糞便也應該沒什么問題?!?/font>

                      另一由內科醫生、工程師和牙醫組成的三人設計團隊獲得了第二名。他們的“氣動航天服廢棄物處置系統”方案能夠讓排泄物離開宇航員的身體,轉移到航天服的不同部位。團隊負責人若澤·岡雷斯說:“所需氣體可通過宇航員被動或主動挪動身體產生?!钡谌麆t被產品設計師雨果·謝利斬獲,他設計的方案能夠在航天服內對排泄物進行儲存和消毒。

                      社會大眾的這些創意,為NASA的科學家提供了現實可行的解決方案和設計靈感。如果未來人類要前往火星,那么就必須盡快打造新型的航天服排泄物處理系統。NASA“獵戶座”載人飛船宇航員生存系統項目總監達斯廷·戈默特認為,獲得前三名的設計方案各有特色,如果將這些奇思妙想加以組合或改進,就能打造出適應長期滯留太空之需的“排便”系統。事實上,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,他們在太空中面臨著許多困難和障礙,甚至在地球上簡簡單單的如廁,也會給他們造成不小的麻煩,也許這就是人類為了探尋宇宙奧秘所必須付出的代價吧!

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