日本正研发一种工作原理很像高科技尿布的马桶
中国空间站核心舱发射在即。根据规划，今明两年中国将通过11次任务完成空间站基本构型的在轨组装建造，建好后届时安排4个乘组共12名航天员执行飞行任务。
由于在空间站中身体处于失重的状态，航天员生活起居都不方便，尤其是如厕问题，即使是训练有素的航天员，面对这个难题也很棘手。然而，对空间站设计者来说，这是一个严肃的科学问题。作为航天大国的美国、俄罗斯，此前为了解决航天员的如厕问题也煞费苦心。虽然投入了重金提高航天员如厕的便利度，但这个问题至今没有得到很好的解决方案。
撰文| 庞之浩（全国空间探测技术首席科学传播专家）
责编 | 叶水送
在太空生活中，最让航天员感觉麻烦的事莫过于上厕所，因为航天员大小便用的太空马桶与地面上的完全不一样。由于载人航天器内是微重力环境，水不会往下流，因此太空不能使用抽水马桶，而是使用抽气马桶。这种抽气马桶是世界上最贵的，价值百科上千万美元。它是靠气流将大小便带走，使用这种马桶时，屁股一定要跟马桶的边缘贴紧，使马桶内完全密封。
航天员使用的马桶类似吸尘器
太空中使用的抽气马桶类似打扫卫生用的吸尘器，但大小便是分开收集的。早期的抽气马桶比较简易，它和一个塑料套相连，大小便后要快速关闭橡皮阀，使大便被气流导入不透气的橡皮口袋里，然后进入特制垃圾箱；尿被导入尿液储箱。早期曾将装满后的废物箱弹出舱外，但由于这种方法污染空间环境，遭到非议，故早已废止。
苏联联盟号飞船上使用的大小便收集器
为了使用方面，现代太空抽气马桶像陆地上的男卫生间一样，分大便用和小便用2种。大便用抽气马桶的中央有一个直径约10厘米的孔，孔内有一扁平滑片可以来回滑动，使孔打开或关闭。孔的下端装有一台抽气机，打开抽气机后可从马桶中抽气，同时还使马桶内的空气发生颤动。空气的颤动又可使大便中成形的部分碎裂，然后被抽进马桶底部的收集袋中。抽气马桶的右侧有一个银白色的推拉开关，航天员在抽气马桶上坐好后，将开关向前推，中央孔内的滑片打开，抽气机起动，排出的大便和臭气被一同抽进大便收集袋内。大便拉完后，将银白色的开关向后拉，中央孔关闭，抽气停止。
小便用抽气马桶的前端有一个漏斗状的适配器，适配器下端连接一软管，软管的另一端连有一个小的抽气机，可以将小便收集和输送到小便桶中。小便桶装满后（约3~4天），会自动将小便排放到舱外的宇宙空间或输送到水处理装置中处理，然后供航天员使用。虽然太空抽气马桶不分男女，但适配器则分男女。男用适配器是一个广口的漏斗状物，女用适配器能与下体贴紧，以防小便溅出来。
美国航天飞机上的厕所。中间为便桶，前面连着灰色管子的是小便器。马桶右侧有干、湿擦巾，用于飞行期间的洗手和洗脸。左侧墙壁上黑色的凸起物是毛巾挂钩，以不同颜色表示不同的使用者
训练太空“解手”技术
在太空拉大便不是一件容易的事情，航天员必须经过专门的训练，要将肛门对准中央孔把大便拉出来，否则大便就可能从马桶中飘出来，在舱内到处乱飞，好像“天女散花”，成为一场灾难。
通过训练，航天员一定要记住自己屁股与马桶座部的相对位置。为了训练航天员拉大便，美国约翰逊航天中心还专门设计了一个马桶训练器。在训练器的马桶内装有一台电视摄像机，当航天员坐在马桶上时，通过电视，可以看到自己的肛门是否对准中央孔。
发射、太空行走时穿的太空纸尿裤
美国航天飞机的航天员在大小便时用一条束带将人和坐便器固定紧，用特殊的装置把大小便收集起来。如果大小便装置发生故障时，可以用备用的大小便收集袋。航天飞机坐便器的大便收集贮存容器内，含有衬套、网套，并可与外太空真空相通，便后开闭相关的阀门后，可使便桶与外太空真空相通，将桶内的大便进行真空干燥，并用旋转式叶片压实器定期压实，以减少废物的贮存空间。
“国际空间站”太空抽气马桶特写
在美国航天飞机第12次飞行时，由于航天飞机上卫生间小便装置出口处结上了冰，堵住了厕所，所以机上的6名（5男1女）航天员为此几乎陷入困境。经请示地面指挥系统，他们决定除1名女航天员可以继续使用原厕所外，其它5人一律使用备用的大小便收集袋进行大小便。这给航天员生活带来极大的不便。他们最担心的是怕把大小便弄到空间，因而处处小心翼翼。
太空厕所的小隔间
现在，航天飞机已有新型抽气马桶了。这种新型马桶不仅更卫生、更可靠，而且造价低、存贮容量大。新型抽气马桶下方有一个圆筒，在航天员使用厕所前马桶内就自动放置一个装排泄物的塑料袋。用完厕所后塑料袋自动密封好，并有一个带杠杆的活塞将塑料袋推到圆筒的底部。同时又自动更换上新的塑料袋，以备下一次使用。当圆筒装满大便袋后，自动换上新的圆筒。圆筒上有密封装置，臭气不能发散出来，因此更卫生和实用。
“国际空间站”卫生间全貌。在该站上共有两个，一个常用和一个备用
2009年7月19日，“国际空间站”上的常用厕所发生故障，其原因是用来冲马桶的约6升水可能错误流入（厕所）分离器以及其他地方，结果导致空间站和美国奋进号航天飞机共13名航天员面临“如厕难”问题。为此，6名空间站航天员暂时使用备用厕所，奋进号7名机组成员暂时使用航天飞机上的厕所。
2009年7月，“国际空间站”的厕所泵分离器进水出现故障，导致6位空间站航天员和7位奋进号航天飞机到访航天员共同使用一个美方厕所，或者提出要求才可使用俄方厕所
航天员需要方便时，只需要将马桶上的塑料软管紧贴到排泄器官上，马桶内的抽气设备将会把航天员的大小便收集到一个固定的容器里。小便也许比较简单，但大便就不太容易了。根据美国和俄罗斯航天员的经验，在无重力的环境里人体内的肠子漂浮着，内脏并不能正常工作，许多人从太空马桶上下来时经常喃喃自语：“又失败了。”
太空用的粪便袋
中国造太空卫生间
中国太空第一人杨利伟在太空飞行的近一天中，始终没有使用厕所，只携带了“尿不湿”，即航天服里有一个类似于“尿不湿”的小便收集装置，通过吸水材料把小便变成絮状的固态物，并且能除臭。
不过，由于神舟6号飞船在太空飞行了5天，所以厕所成为了航天员在太空生活的必备品。在神舟6号飞船的轨道舱里安装了一个大小便收集器，它吸收了联盟号飞船废物收集系统的技术经验，采用半自动的废物收集和处理系统，由废物收集筒、尿液贮箱、收集装置支、应急小便收集器、管组件、除臭装置、大小便收集装置、废物残渣收集袋包等组成。
“神舟”飞船的大小便收集器
其中的大小便收集装置上有两根管子分别用来对准大便和小便器官，能够强力吸走排泄物。大小便训练是神舟6号航天员训练的一个内容。这么看似简单的训练要经过3个阶段：理论上了解、学习设备操作、实际体验。
在神舟6号上，航天员使用厕所就如同是在骑马。该厕所由2个和身体接触的小口容器、1根长管子以及一个尿液收集容器、1个垃圾桶和1个抽风装置组成。厕所上与身体接触的2个装置的形状与人的体形非常相似，它们分别在大便和小便时使用。
为使粪便不易飞出来，大便时使用的装置直径只有10厘米左右，而小便装置的直径有5厘米左右。它们的下面被安装了1根长管，通向尿液的收集容器。使用时航天员需要用手抓住两个装置下面的长管子，并通过对管子用力，使整套装置贴紧身体。
尿收集器的适配器
其样子看起来就像倒过来拿着1个皮揣，捅向自己的身体。航天员排泄小便之后，排泄物将随着管子向下进入收集容器。而大便排泄物还留在与航天员身体接触的装置里，里面有特制的大便带，航天员需要用手将其取出，直接扔进垃圾桶。
由于太空中飞船会处于失重环境，飞船中任何没有密闭的东西都有可能四处漂浮。因此，航天员在使用厕所前，要首先打开位于整套装置最末端的抽风机，这样整个装置都保持向内抽风的状态，排泄物一旦和人体分离，会立即向下运动。排泄物就不会因为失重，而散落到装置以外。所以，它要经过一番训练才能使用。据了解，对于航天员来说，整套如厕装置比较简单，使用起来并不费力，他们只要坐准把口封死就行。
“神舟”飞船的半自动废物收集和处理系统
“神舟”飞船的航天服内设置了直接接触式小便收集袋和大便收集装置，这些装置可以像短裤那样穿在身上，用于身着航天服的航天员在飞行阶段收集大小便。飞船舱内还设置了废物收集软袋，用于收集其他固体废物。
需要注意的是，太空中放屁也得小心，因为其反作用力可能会把人推走，而且还会污染航天器座舱中的环境。屁中的氢和甲烷等成分还是可燃气体，严重时可引起爆炸，因此必要的时候最好到厕所里解决，看来在太空里只好忍一忍了。
新一代太空厕所
2020年10月2日，美国用“天鹅座”货运飞船把1个叫“通用废物管理系统”的新型太空马桶送往“国际空间站”，以方便航天员们上厕所。其研制始于2014年，花6年多时间，耗资2300万美元，约合1.6亿元人民币，堪称史上最贵马桶。
新一代太空马桶：通用废物管理系统
新型太空马桶重45公斤，高71厘米，它的尺寸比目前在空间站使用的马桶体积减少了65%，重量降低了40%，减少了对空间站宝贵空间的占用，可以集成到不同航天器的生命维持系统中。为了确保不会乱飘，新型太空马桶采用的是3D打印的钛合金风扇分离器，可以产生强大的吸力将尿液和便便吸入马桶。
新型太空马桶的尿液回收效率提升了，处理之后可以转变为饮用水的比重增加了。其尿液净化功能是通过尿素生物反应器电化学系统来实现的，能将尿液中的尿素有效地转化为氨，然后将氨分解为水和能量。这种将航天员排出的尿液进行循环利用、过滤净化得到的纯净水，据悉比地球上任何水都要干净。
与旧太空马桶所相比，新型太空马桶还有一个新的特点，即打开马桶盖后，气流会自动启动，从而控制异味的扩散。同时，它更符合人体工程学设计，钛合金材料大大提高了马桶的耐腐蚀性和耐久性，从而节省了更多的清洁和维护时间，使航天员能够将更多的精力投入到科研和探索任务中。
美国航空航天局用2300万美元重金打造的太空马桶
新型太空马桶的另一个特点是它对女性航天员更加友好。它可以坐在马桶上排便，用异形漏斗和软管吸尿，而旧厕所只能单独进行。
在太空中进行水的循环利用可以大大降低经费，因为每年向“国际空间站”提供2200升饮用水的运输费用高达2200万美元，而且空间站储存饮用水的空间有限。此外，如果人类想离开近地轨道，进一步探索星际空间，补给将更加困难。新型太空马桶的设计目标是在人类前往火星之前实现98%的液体回收率，所以先运到“国际空间站”进行试验。
太空厕所还需改进
2007年，美国曾斥资1900万美元从俄罗斯订购了一个太空马桶，并表示这比自己研发的更划算，但它却成了许多航天员的噩梦，有时航天员要用手抓住漂浮在空中的粪便。
早期研制的耗资2.5亿美元的太空厕所
目前，“国际空间站”上的两个厕所都是采用气流吸出排泄物，通过旋转扇叶将固体废物分散在容器中，比起过去已经有很大进步，但如厕时依旧不容易，因为太空马桶的开口只有我们日常使用的1/4，要瞄准并不容易。因此空间站专门在马桶旁安装了一个模拟马桶供宇航员练习，这个模拟马桶开口内置了一个摄像头，坐上去后能通过旁边的显示器观察你是否对准。方便之后，航天员还要拿一块镜子照照后面，看看是否还有不应该出现的东西遗留在身后。
苏俄和平号空间站上的太空马桶
当太空马桶失灵，带来的不只是卫生问题，甚至会威胁到航天员的健康。美国已在空间站厕所中发现对抗生素具有高耐药性的细菌菌株，它们有可能会进化成致病细菌，导致宇航员患病。
俄罗斯航天帕达尔卡曾向媒体报怨，他在“国际空间站”工作期间，被告知不得使用美国舱段的卫生间
为了设计出更好的太空马桶，2020年 6月，美国还启动了一项“月球厕所挑战赛”的活动。面向全球征集“月球厕所”的设计方案，用于 2024 年的登月计划。它必须满足多项设计要求，比如同时在微重力和月球重力环境下正常运作、兼容男性和女性使用者、可同时排尿和排便等。
目前，最大的困难时在太空行走时如何如厕，因为在太空中排出的大便与航天员身体接触的时间太长，有可能导致感染或脓毒症。美国航空航天局曾举行过“太空大便挑战赛”，以寻求最佳办法，来自“几乎地球上每个国家”的总共1.9万名参赛者组成的150多支队伍提供了5000多种解决方案。
据悉赢得这一比赛的是美国军医卡登，他利用自己在微创手术方面掌握的知识研发了一套系统。他的设计理念是在太空服裆部加个小气密舱，像导管和充气便盆这样的东西可以通过这里。他由此获得了1.5万美元的奖金。
原标题：太空如厕非易事这个尴尬的难题至今困扰着航天员