美宇航员:想要生存,迫不得已,空间站宇航员必须“相互喝尿”
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    发布日期:2022-08-14 13:22    点击次数:181
    你一定会为这个标题惊奇,当然这笔者也不是哗众取宠的标题党,而是英国《太阳报》标题的演绎版,原标题为:“SPACE JUICE Nasa astronauts drink Russian PEE as two countries rely on 'special relationship’ on ISS”(太空果汁:NASA宇航员喝俄罗斯尿尿,因为两国依赖国际空间站的“特殊关系”)

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    乍一看确实非常让人诧异,但仔细想一想也就释然了,因为空间站的特殊性,宇航员不得不喝从人体各种排泄物中回收的水分,这些所谓的排泄物包括蒸发的汗液、呼出空气中的水分、尿液以及粪便。为什么要喝尿?原因很简单:因为送上天太贵了!神舟十二号的航天员入驻天宫空间站的天和号核心舱初期,每天都晒空间站食谱,大家都十分好奇航天员在空间站究竟是如何吃喝拉撒,但却很少有人关心这个背后的食品究竟是如何运送到太空,这个成本究竟是多少?

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    笔者找不到天舟飞船的发射成本,不过联盟号的发射成本倒是很容易就搜寻到了,技术都差不了不大,成本 也可以参考:Soyuz-2火箭2.1a,LEO轨道:7020千克,2.1b,LEO轨道:8200千克发射成本:8000万美元很简单,每千克费用除一下就知道了,大约在0.98~1.14万美元之间,当然这只是成本价,如果运送报价可能就要更高一些,SpaceX的成本比联盟号要更低一些,据说也需要9100美元/千克,有资料称多次重复使用发动机后成本可低至5000美元,不过笔者暂时没有找到相关资料。

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    美媒《Business Insider》网站在2016年7月20日发表过一篇有趣的文章,将东西发射到太空的实际成本,文中列出了国际空间站中的部分物品,并附上了核算后的实际价格:1、瓶装水:9,100 至 43,180 美元

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    一瓶水大都为500ml,也就是500g左右2、70只老鼠:至少29,860美元

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    每只鼠标的价格在427美元到2,024美元之间!3、风笛套装:高达259,000美元

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    3、浓缩咖啡机:可能超过190万美元

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    这台空间站的咖啡机重达44磅(约20千克),所以它的成本有点高了。4、菜园:超过145,000美元

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    这个微型菜园只能种几棵菜,重量约16磅5、大猩猩套装:至少39,130美元

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    6、柠檬:每个超过2,000美元

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    所以NASA在很久以前就愉快的决定,除了必要的补充外不再向国际空间站运送水,因为水是可以循环利用的,国际空间站上的宇航员现在饮用水的来源是从冷凝水、汗水和尿液中回收的。购买如何喝尿?怎样才能保证处理干净了?国际空间站循环水有几个来源,首先就是空气中的水分, 不负如来不负卿含有人体表面蒸发的汗液以及通过呼吸排出的水分,这个收集其实很简单,通过空气调节的冷凝水,或者将空气经过一个当前温湿度下的露点温度即可收集其中的水分,将空气中的水分保持在人体最佳舒适度即可。

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    尿液和粪便的收集就有些麻烦了在地面上蹲个马桶即可,但在空间站失重状态下可是个相当麻烦的问题,早期的航天活动中用的是尿不湿,但这显然不适合长期执行任务的航天活动。

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    在阿波罗登月任务中使用的是尿袋与大便收集袋子,排尿到袋子里这个操作至少男人是不困难的,但把大便拉进袋子里就十分困难了,而且袋子没搞好的话,不小心就会沾染到其它部位,甚至“跑出来”!

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    比如阿波罗十号任务中就“出事”了,宇航员们突然发现指令舱中飘着一块屎,但托马斯·斯塔福德(指令长)、尤金·塞尔南(登月舱驾驶员)和约翰·杨(指令舱驾驶员)都不承认是自己干的,赶紧找来纸巾将其处理了,要不然这该多恶心。

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    飞翔事件到了空间站时代就有真正的太空马桶了,从最早期的马桶开始到现代国际空间站上的马桶,其原理都是负压带吸入,并且有针对女性的排尿口设计,另外专门的人体工程学设计,在舒适度上也比以前更好一些,解决方案不过最大的区别是,以前只是马桶,而现代空间站内的马桶叫做通用废物管理系统(UWMS)。

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    2020年10月2日,天鹅座飞船向国际空间站送去了这个“超级马桶”,当然能被定义为UWMS也不只是名字的不同,因为它还集成了最先进的尿液回收功能。也就是说宇航员的尿液排出后,经过这个马桶的过滤和处理可以直接变为水。

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    不过这个“超级马桶”却没有对粪便深度处理的系统,除了将其干燥外暂时还想不出别的办法,也许在未来殖民月球与火星时可以将其作为种植农作物时重要的肥料来源,但就现在而言,还真找不到深度利用的方法。

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    当然水汽中的水分么,呵呵.......不过各位却不必担心,这些水会经过一个相当复杂的处理过程,

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    其中有一个非常关键的过程,从鸟处理系统来的水会经过水电解过程,在直流电的作用下会分解成氢氧,氧气重新回到空气处理系统中补充氧,而氢则经过一个萨巴蒂尔反应,将氢和二氧化碳生成甲烷和水。

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    该反应在高温(最佳条件介于300°C~400°C)、高压下以镍触媒催化,将氢气和二氧化碳反应生成甲烷和水。钌与铝(氧化铝)可提升反应效率。生成的水是分子级别超净水,如果人体饮用的话,最好还是要加入一些矿物质。

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    这个过程其实很关键,排除了大部分人的心理障碍,毕竟尿过滤得再干净它还是尿,而电解称氢氧又经过萨巴蒂尔反应后变成了分子级别的还原,所以相信只要了解其科学处理过程的宇航员是不会有心理障碍了。国际空间站“相互喝尿的过程”《太阳报》表达的可不只是宇航员喝尿,文章所要表达的除了喝尿以外,还有一个重要信息,在国际空间站上,美俄两国的宇航员并没有因为乌克兰问题而闹得剑拔弩张,而是双方一团和气。

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    并且提到了一个有趣的事情,早在2014年的克里米亚危机时,美国宇航局宇航员里克·马斯特拉基奥和史蒂夫·斯旺森就曾谈论过他将如何在国际空间站如何分工协作完成任务,并且在国际空间站上双方合作是多么重要:

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    红色:俄罗斯舱段,蓝色:美国舱段“没有美国舱段的电力,俄罗斯部分就无法运作,而没有俄罗斯方面的推进系统,美国舱段就无法运作。”

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    电力的重要性大家都了解,而推进系统则能保持国际空间站的轨道,因为在稀薄大气分子的阻力下,国际空间站每周会掉落2千米左右,因此需要不断开启发动机以将空间站以维持轨道。"We actually recycle the cosmonauts' urine to get more water for our side to drink," Swanson said. "Now that's transcending politics. It's survival.""That was always troublesome, to go ask somebody if you could borrow a tank of their urine," Mastracchio said.斯旺森说:“实际上我们在回收宇航员的尿液,为了获取更多的饮用水”,“现在超越了政治。这就是生存的需要”马斯特拉基奥说:“去问别人,能不能借一罐他们的尿液,这总是很麻烦。”因此NASA局长尼尔森将其国际空间站描述为“和平国际科学合作的灯塔”还是有些道理的,当然在2014年的克里米亚危机时美国还没有载人飞船,当时罗戈津就威胁让美国宇航员下不来空间站,不过这其实也就是说说,美国宇航员倒是一点也不担心,因为这事情不会发生。

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    不过随着SpaceX的载人飞船成功,美国对俄罗斯依赖已经大大减少,比如美国还试图与俄罗斯合作开展新的阿尔忒弥斯计划,但俄罗斯拒绝了,因为他们选好了更好的合作伙伴:中国,预计在2030年代,中国与俄罗斯将建立月球基地。

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    并且NASA也于日前宣布了国际空间站退役的时间,时间是2031年1月,届时寿命到期的国际空间站将受控坠毁,地点是南太平洋的尼莫点,这里距离任何一个大陆都超过2600千米,在这里坠毁将是国际空间站最好的归宿。参考:https://www.thesun.co.uk/tech/17501185/nasa-astronauts-drink-russian-pee/https://edition.cnn.com/2022/01/28/business/us-russia-ukraine-iss-space-scn/index.html

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