在10月30日這個意義非凡的日子,神舟十九號成功發射並與神舟十八號完成了中國航天史上的第五次“太空會師”,全球目光聚焦於此。
神舟十八號已在太空執行任務半年,乘組人員在這期間完成大量複雜且重要的工作,此時正有序地將任務交接給神舟十九號乘組。這就像一場接力賽,一棒一棒地推動中國航天事業不斷向前發展。在這些交接工作中,有一項易被忽視卻極為關鍵的任務,就是對近半年積攢下來的近400斤排洩物的處理。
太空站裡的宇航員和地球人一樣有基本生活需求,比如“吃喝拉撒”。近年來,宇航員太空停留時間基本在半年左右,飲食方面有了很大改善。神舟十八號宇航員向全國觀眾展示了他們在太空吃的中秋節蓮蓉月餅,神舟十九號女航天員王浩澤期待在太空品嚐美味食品。
從簡單食物種類發展到如今豐富多樣的選擇,背後是無數科研人員努力。這些太空食品既要滿足宇航員長期太空生活的營養需求,也要考慮其心理需求。以月餅為例,在地球上它是普通烘焙食品,但在太空,需經特殊處理,保證在微重力環境下無碎屑,不影響空間站環境和裝置。
在微重力環境下,“拉撒”處理比“吃喝”複雜得多,處理不好後果嚴重。先看小便處理,空間站的如廁設施中,小便收集裝置的工作原理類似吸塵器。為保障宇航員失重情況下順利排尿和收集尿液,採用氣流導向和傳送方法。宇航員使用前,先啟動專用風機將艙內空氣抽到尿液收集器,排尿時空氣攜帶尿液形成混合流,再流到專門的尿液儲存箱。
我國在保障太空資源利用方面有重大突破,將尿液提純變成可飲用水。空間站資源稀缺寶貴,尤其是水資源,貨運飛船補給成本極高。
我國航天員再生申報團隊深入研究尿液回收處理,攻克15項關鍵技術、11個技術難點,包括尿液鈣結晶與沉澱、蒸餾廢棄處理等技術,實現尿液提純轉化為可飲用水,實現空間站水資源迴圈利用。
比如神舟十二號處理600餘升尿液產生500餘升尿蒸餾水,產水速率2.5升/時,轉化速率高達83%,每年能節省超20億元運費,相當於省下一艘天舟貨運飛船。
大便的處理方法相對更復雜。一般使用透氣不透水材料製作的一次性糞便收集袋,袋內放少量防腐劑,袋口是彈性鬆緊帶,固定在便器開口端。便器內桶桶底有很多小孔,使用時透過與外桶相連的抽氣管路抽氣,使收集袋內形成負壓,利於失重條件下收集糞便,減少臭氣外溢。
宇航員如廁完畢,收集袋袋口自動收緊,撤出後放入外包裝袋,再投入封閉性良好的廢物箱。神舟十三號的翟志剛詳細講過大便處理過程,來到衛生區大便,先拿大便袋規整放好,開啟風機,解開褲腰帶後用綁帶固定自己,防止飄走。
上完廁所收起大便袋,裝到新塑膠袋裡,抽真空然後熱封,再拿不透明袋子裝上再次熱封、消毒後襬放在衛生區,若衛生區放不下就放到飛船或貨船裡,通常放貨船。而且每隔一個月要檢查有沒有脹氣,有就要用空間站淨化裝置處理,防止釋放有害氣體影響空間站環境。
多年前有報道稱航天員使用太空馬桶要經過專門訓練,要確保屁股緊貼坐墊邊緣,馬桶完全密封,對準直徑僅10釐米的中心孔,這樣才能防止糞便飄出。
早在2003年,楊利偉在21多小時飛行中,只能藉助航天服裡類似尿不溼的小便收集裝置排便,排洩物要帶回地球處理,否則會變成太空垃圾。從早期簡單收集裝置到現在複雜高效的大、小便收集處理系統,體現了中國航天事業在保障宇航員生活方面的巨大進步。
從神舟十八號和神舟十九號的交接可看出太空任務的連續性和複雜性。神舟十八號乘組人員在半年裡,完成科研和生活保障任務同時,要處理好生活排洩物。
這半年的生活就像在特殊實驗室,進食、如廁都像科學實驗。太空如廁這個充滿挑戰的問題是中國航天事業發展的重要縮影,體現了面對困難的創新精神和科學態度,為繼續探索太空提供有力支援,我們要沿著這條路不斷突破自我,為人類太空夢想助力。
我們可以看到,太空環境的特殊性對人類的挑戰無處不在。每一個環節的精心設計和安排都至關重要。比如在太空食品的研發過程中,科研人員要考慮到太空微重力、高輻射等環境因素。
這些因素可能會使食物的物理和化學性質發生變化,所以在選擇原材料時,要挑選那些在極端環境下穩定性高的種類。在加工工藝上,不能使用地球上一些常規的加工方法,像油炸等可能產生大量油脂和碎屑的方式就不適用。
包裝設計也極為關鍵,要保證食品在長時間的儲存和運輸過程中不會變質,同時還要方便宇航員在太空失重環境下取用。
再看太空如廁系統的發展,這是一個不斷探索和改進的過程。在小便收集方面,最初的設計可能只是簡單地將尿液收集起來,但是隨著對資源利用的重視,科研人員開始思考如何將尿液轉化為有用的資源。
這就涉及到複雜的物理和化學處理過程,要防止尿液中的雜質和有害物質對處理系統的損害,同時要保證提純後的水符合飲用標準。對於大便處理,從簡單的收集袋到更完善的負壓收集系統,每一步都在解決新出現的問題。
例如,如何防止收集袋在儲存過程中因壓力變化或微生物作用而破裂,這都需要科研人員深入研究。
在整個太空生活保障體系中,各個環節是相互關聯的。良好的飲食保障可以讓宇航員保持健康的身體和積極的心態,更好地完成任務;而有效的排洩物處理系統則維持了空間站的清潔和衛生環境,保障了宇航員的生活質量和空間站的正常執行。
這種關聯性也體現在航天工程的其他方面,比如生命保障系統、通訊系統等,它們共同構成了一個複雜而有序的整體,支撐著中國航天事業不斷向更高的目標邁進。
未來,隨著航天技術的進一步發展,我們對太空生活的保障可能會更加完善。在飲食方面,或許會有更多種類的新鮮食品能夠被帶上太空,甚至可能實現在太空站內種植一些簡單的蔬菜,這將極大地改善宇航員的飲食結構。
在排洩物處理上,可能會研發出更高效、更環保的處理技術,進一步提高資源的回收利用率。同時,這些技術的發展也可能會應用到其他領域,比如地球上一些極端環境下的資源回收利用等,為人類社會的發展帶來更多的益處。
我們還可以想象,隨著太空探索的深入,更多國家和地區參與到航天事業中來,國家間的合作在太空生活保障方面可能會更加緊密。不同國家的科研人員可以共享經驗和技術,共同解決太空生活中面臨的問題。
比如,在太空食品的研發上,可以結合各國的飲食文化,開發出更受宇航員歡迎的食品。在排洩物處理技術上,互相學習彼此的優勢,進一步最佳化處理系統。這種國際合作不僅能夠推動航天事業的發展,也有助於促進人類社會的和諧與進步。
在教育方面,太空生活這些有趣而又充滿科學魅力的內容可以成為很好的教育素材。學校可以透過講述宇航員在太空的生活細節,激發學生對科學的興趣和探索精神。
比如,讓學生了解太空食品的製作原理和太空如廁的複雜過程,引導他們思考如何在極端環境下解決人類的基本生活需求。這將為培養下一代的科學人才奠定良好的基礎,讓更多的年輕人投身到航天事業和相關科學研究中來。
在社會層面,太空生活保障技術的發展也會引起廣泛的關注和討論。公眾會更加了解航天事業的艱辛和偉大,對宇航員的敬意也會進一步加深。
同時,這些技術所蘊含的創新精神和科學態度會影響社會的價值觀,鼓勵人們在面對困難和挑戰時勇於創新、積極探索。
例如,企業可能會借鑑航天科研中的一些方法來改進自己的產品研發和生產流程,提高產品質量和競爭力。政府也可能會加大對科學教育和科研創新的支援力度,營造更好的創新環境。
總之,神舟十八號和神舟十九號的這次交接所展現出的太空生活保障內容,只是中國航天事業發展中的一個片段,但它所涉及的科學問題和社會影響卻是深遠而廣泛的。我們期待著未來航天事業能夠取得更多的突破,為人類的發展帶來更多的驚喜。