要如何為太空人換尿布?
合作媒體--點子農場文創傳媒
2016-12-08 14:30

集知識、技術、機智、膽識於一身的太空人,可以說是菁英中的菁英,叫人敬佩又羨慕。但再菁英也要生活,免不了吃喝拉撒睡,地球上輕而易舉的事,在無重力的太空可能大費周章,排泄就是一個問題,在太空艙內用一個緊密的真空抽取馬桶,免得排泄物滿天飛,但在升空、降落、在艙外工作,就必須穿上密閉緊身的太空裝來維持生命,不能脫掉,只能戴尿布以備不時之需。尿布僅能暫時使用,時間一長問題就來了。

 

(「不可用 」的太空廁所。取自 toonpool.com) 

 

美國太空總署 NASA 有鑑於此,公開徵求替代尿布的方案,在未來的長距離飛行如火星,或是遇到緊急狀況,太空人可能連續六天、144 小時,不能脫掉封閉的太空裝,六天排泄物的累積,除了噁心,可能局部發炎,堵塞排泄器官,以及順著太空裝與皮膚間的空隙串流,黏著皮膚,甚至流到頭部阻擋視線堵塞五官。任何情況太空人自己都無能為力,也都威脅生命,所以徵求替代方案是 144 小時讓太空人安全無虞的排泄。

 

NASA 經挑戰性 HeroX 網站在十月發佈徵求方案,到 12 月 20 日截止,方案經評審認為可行,實驗一年、實用三年,發給 3 萬美元獎金,並有機會進一步合作。方案的規格很簡單,要與太空衣連在一起,在六天之內每人每天要收集尿液 1 公升,收集糞便重 75 公克、以及 75 毫升,女性的月事排泄要在六天內收集 80 毫升。

 

太空人的重裝扮,穿的是一件式的封閉太空裝,在起飛、返航、太空漫步,或是艙內失壓緊急狀況,都要穿上,平日在艙內活動穿的是便服。太空裝因任務有不同的設計,像登陸月球就較輕,便於在月球活動,太空梭就較重,因為零重力太空人沒有重量感覺。除了衣服,還要加一個維持生命的背包,再加上太空人就是總重量,以太空梭任為例,衣服加背包重約 140 公斤,如果太空人重 80 公斤,一共 220 公斤,所以排泄管理系統的設計要以這個重量作基礎。

 

目前的太空任務,穿太空裝的時間很短,可以尿布應付一時之需,而且卸裝就丟,以後長距離飛行、或緊急避難,就可能延長太空裝穿著的時間,NASA 訂為 144 小時。緊急狀況穿太空裝的時間要在 60 分鐘以內,所以排泄管理設備也要在 5 分鐘之內安裝就緒,在這 144 小時之間,排泄系統自動收集處理排泄物,不能讓太空人用手協助,目前市面上還沒有這樣的設備與系統。

 

無重力下的情況,大家都知道物件會在空中飄浮,但也因為張力會附著任何表面,例如洗澡之後在腋下的水球揮之不去,地球上固體多少與液體會結合,但在無重力之下不一定如此。同樣的排泄物也沒有重力引導離開身體,尤其長時間堆擠在密閉的太空裝內會隨處流動,除了前述對人體的傷害,更可能堵塞維持生命的進出口管線,所以新的系統必須要排除這些障礙。那以前是怎麼處理的?NASA 說以前沒處理過長時間的問題,尿布是必要時才用的,最多幾小時,而且有超強吸水的設計,還幽默的說以後許多嬰兒尿布產品多受其影響發明的。

 

 

(NASA 的火星太空裝,取自網路。)

 

NASA 進一步簡述了太空裝的規格,因為排泄管理系統要連接在一起。太空裝、包括手套,加壓到 4.3 psi(磅/平方吋),同時 100% 的氧氣以每分鐘 0.127 立方米的速度釋出。胖胖的太空裝,看起來像吹了氣的氣球,是經過專家設計的,地球上正常的氣壓是 14.7 psi,大氣中的氧氣占 20%,也就是我們僅需要 2.94 psi 就夠用了。但大氣中大部分是氮氣,我們爬高山會氣喘,因為越高氣壓越低,氧氣的成份也淺少,覺得疲憊也就是高山症,如果氣壓再低到一定的程度,體內的氮氣會在血液中產生氣泡,就可致命。

 

太空裝與太空人身體之間有 5 公分的空間,充起氣來就像一個氣球,氮氣是個禍害,所以用純氧氣,太空人活動很費力,也需要多一點氧氣。至於所需壓力 2.94 psi 有些過低,應研究增加到 4.3 psi 是目前認為最適當的數值。太空裝一旦封閉,太空人無法觸摸自己的身體,直到進入另一個壓力環境。

 

怎麼應才能贏得 30,000 美元獎金?提案必須是 TRL 4 的實驗室成熟度,而且在一年內可以實驗,三年內完成實際安裝使用。現在距 12 月 20 日截止還有兩週,有興趣的人還可以提案,但指明要用英文。

 

當然,絕大多數的讀者恐怕都不會提案,這篇短文不過藉尿布的趣味,介紹太空任務的複雜,尤其是光鮮亮麗的太空人背後,也有不太為人知的困窘要克服。