太空生活揭秘:在轨道上如何洗漱饮食?为何空间站不储存吨级净水?

作者: Tatyana Hurynovich

太空生活揭秘:在轨道上如何洗漱饮食?为何空间站不储存吨级净水?-1

太空中的日常生活与科幻电影截然不同。在国际空间站(ISS)里,并没有我们习以为常的便利设施,每一升水和每一克载荷都经过精打细算。这其中的核心原因在于微重力环境,以及向轨道运送物资那极其昂贵的成本。

现在,就让我们来详细拆解宇航员在太空中的平凡一天。

1. 他们如何洗澡?(失重状态下的淋浴简直是灾难)

国际空间站并没有淋浴间。如果宇航员直接打开水龙头,水滴受表面张力影响并不会流向地面,而是会像厚实且颤动的薄膜一样紧紧包裹住身体,甚至可能进入呼吸道引发窒息。此外,飞溅到通风口或电子设备上的水滴还可能导致电路短路。

个人卫生是如何进行的:

  • 身体清洁:宇航员使用普通的湿纸巾和专门的免冲洗淋浴胶。他们将胶液涂抹在身上,揉搓均匀,然后用毛巾擦干即可。
  • 洗头:洗发露同样也是免冲洗的。只需将其涂抹在头发上,按摩头皮,最后用毛巾擦拭干净。
  • 剃须:男性使用电动剃须刀,且必须配合专门的集尘装置。该装置会吸走剪断的胡须,防止它们在站内四处飘浮。
  • 刷牙:使用普通的牙刷和牙膏。他们利用饮用水袋里的两三滴水来打湿刷头。刷完牙后不需要漱口——泡沫可以直接咽下去(牙膏成分安全),或者吐到纸巾里。接着要用纸巾仔细擦拭口腔和刷头。用过的纸巾不能直接扔掉,而是要与其它垃圾一起封进不透水的密封袋中。最后再用一滴水洗净牙刷,擦干后放回个人储物盒。

2. 如何洗衣服?(洗衣机是遥不可及的奢侈品)

简短的回答是:根本没法洗。国际空间站没有洗衣机。水的重量太大,将其运往轨道的费用简直是天价。

衣服如何处理:宇航员会一直穿着衣服,直到变脏或充满汗味。随后,这些衣服会被装入密封袋并送往垃圾集装箱。它们会随功成身退的货运飞船(如“进步号”或“天鹅座”)一起,在大气层中烧毁。例外情况是:NASA 最近正在测试一种特制的实验袋,可以用少量专用洗涤剂浸泡衣物,但这目前还处于实验阶段。在 99% 的情况下,太空服饰都是一次性的。

3. 他们如何上厕所?(靠吸力而非重力工作)

在地球上,马桶里的水靠重力将排泄物冲走。在太空,这一原理失效了。太空厕所本质上是一个配备了不同尺寸漏斗系统的强力吸尘器。

  • 小便:宇航员使用带有漏斗喷嘴的特制软管。气流会直接将尿液吸走,防止其飞溅出来。
  • 大便:马桶座圈上有不同直径的孔洞。宇航员必须瞄准目标,否则后果对整个空间站来说将是灾难性的。废弃物会被收集到个人包装袋中,并通过气流自动密封压缩。
  • 废弃物去哪了?固体排泄物被装入集装箱,最终与垃圾一起在大气层烧毁。而尿液则会被送入再生系统,经历极其复杂的净化过程。

回收结果如何处理?

经过这套多级系统的处理,最终得到的是化学级纯净的蒸馏水。这些水会汇入空间站的总缓冲水箱,并整合进生命保障系统的闭环循环中。

4. 耗水量巨大,难道舱内储存了数吨水吗?

不,舱内并没有数吨的库存。原因如下。

向 ISS 运送一公斤货物的成本约为 2000 到 5000 美元(取决于运载火箭类型)。一名宇航员每天需要大约 2 到 3 升饮用水,此外还需要用于烹饪和空气加湿的水。一个 6 人的机组每年要消耗约 5 到 6 吨水。如果完全从地球运送如此庞大的水量,光运费就高达数千万美元。

那水从哪来?答案是从一切来源中获取!空间站运行着一套被称为工程奇迹的闭环生命保障系统(ECLSS)。它的水分回收效率高达 98% 左右。

1. 尿液:专用离心机会将水分从尿液中分离。经过极其复杂的化学和热净化(包括氧化锌反应器和银离子处理),它会变得晶莹剔透。

2. 汗液与呼吸:人体会出汗并呼出潮湿空气。空调系统会从站内大气中收集这些冷凝水。

3. 卫生用水:湿纸巾和毛巾中残留的水分也会被提取出来。

所有收集到的液体都会通过多级过滤器、矿化器,并用碘进行消毒。首先,这些水会被用于至关重要的技术用途:

  • 制氧:蒸馏水被送入电解系统。在电流作用下,水分子被分解,为空间站提供供机组人员呼吸的纯氧。
  • 技术回路:水还用于维持冷却系统、空气加湿以及站内其他内部工程系统的运行。

总结:宇航员喝的水,其纯净度远超地球上的任何瓶装水。正如宇航员们自嘲的那样:“昨天的咖啡就是今天的咖啡。”

宇航员的饮水量与地球人相当(约 2-3 升)。但他们并不在水箱里储存数吨水。他们不断地从自身代谢物中“创造”水,使太空生活成为了地球上最完美的循环再利用系统。

5. 他们吃什么?(面包被严厉禁止)

太空食品早已不仅仅是“管状果泥”。如今宇航员的菜谱包含数百个品种:汤、红菜汤、肉类、鱼类、甜点和新鲜水果(不过水果通常在运抵后的前几天就被吃光了)。

太空厨房的首要规则是——严禁碎屑!在地球上面包屑掉在桌上没事,但在失重状态下它会飞满整个舱室。碎屑可能进入宇航员的眼睛,甚至更糟,堵塞通风过滤器并损毁设备。因此宇航员用玉米饼代替面包。它们可以做成三明治且不会掉渣。

食品主要有两种形式:

1. 热稳定型(软包装袋,类似婴儿食品或军用口粮)。

2. 复水型(脱水干燥)。食用前需通过专门接口用注射器注入热水。调料(盐、胡椒、酱汁)以液体形式装在小袋里,因为干粉会直接飘散在空气中。

6. 在失重状态下如何睡觉(且不会在梦中飘走)

在微重力下身体会自由漂浮,因此不能像在地球上那样直接躺在床上——否则宇航员一夜醒来可能飘到了另一个舱室或撞上设备。

空间站的睡眠区

每位成员都有一个独立睡舱,大小约如电话亭。内部包括:

  • 固定在墙上的睡袋(垂直、水平甚至头朝下挂着都没关系)
  • 放笔记本电脑的小桌子
  • 个人物品:家照、耳机、书籍
  • 通风口——若无通风,呼出的二氧化碳会聚集在头部引发窒息

如何固定自己?

  • 钻进睡袋并拉上拉链
  • 用束带将睡袋固定在墙壁或天花板上
  • 双手要么放进袋里,要么留在外面——有些宇航员喜欢让手自然漂浮(看起来有点吓人,但很正常)
  • 头部用带子固定,否则会晃来晃去影响睡眠

太空睡眠的特点

  • 无需枕头——因为头部不会对表面产生压力
  • 他们通常像在地球一样睡 7-8 小时
  • 虽然会做梦,但宇航员发现由于缺乏重力,梦境往往更加生动奇异
  • 噪音——风扇和设备的持续轰鸣(约 60 分贝),因此大家都会戴耳塞睡觉
  • 日出日落——在轨道上,空间站每 90 分钟经历一次日出日落(每天 16 次),因此睡觉时会关上遮光窗帘

宇航员们怎么说?

许多人认为失重状态下的睡眠比地球上更舒适:

  • 脊柱和关节没有压力
  • 身体完全放松
  • 无需翻身——只需稍微动动手指就能改变姿势

但也有缺点:总觉得自己在坠落(大脑将失重误认为自由落体),以及不断的通风噪音。

7. 轨道上的身体锻炼并非只是健身,而是生存必需。在微重力环境下,肌肉和骨骼失去了习以为常的负荷。如果不训练,宇航员会迅速流失肌肉量,骨骼也会因钙质流失而变脆,回地球后将无法独立站立或行走。

为防止这种情况,国际空间站成员每天要花费约 2 到 2.5 小时进行训练。

以下是训练过程及宇航员使用的设备:

1. 三大核心器械

太空中没有重量,普通杠铃毫无用处。工程师研发了独特设备:

  • 跑步机 (T2 / COLBERT):在失重状态下跑步是不可能的——只需轻轻一蹬,你就会飞向天花板。因此,宇航员必须穿着特制的负载背带(一套带子系统)进行跑步。这套背带通过橡胶拉绳将跑步者牢牢地“压”在跑带上,从而模拟其体重。此外,跑机悬挂在复杂的弹簧和减震系统上,以确保跑步产生的震动不会晃动整个空间站,也不会干扰灵敏仪器的运行。
  • 力量训练器 (ARED):这是空间站里最复杂的装置,用于模拟杠铃和举重训练。它没有使用笨重的铁质铃片,而是采用了真空圆柱体和飞轮。这些部件产生的阻力可以从几十公斤调节到数百公斤。宇航员利用它进行深蹲、硬拉和推举练习。这种负荷至关重要,因为正是对骨骼的轴向压力能有效防止骨密度流失。

2. 过程中的特别之处

训练受失重物理规律影响巨大:

  • 汗水问题:在地球上,汗液会向下流淌或蒸发。在太空由于缺乏空气对流,汗水既不蒸发也不流走。它们会汇聚成大而粘稠的水滴,包裹住皮肤和眼睛,甚至可能堵住鼻孔。因此,宇航员训练时会穿着带有通风系统的专用服装,或者不停地用毛巾擦拭。
  • 卫生与安全:每次锻炼结束后,所有器材都要用消毒湿巾仔细擦拭。留在扶手上的汗滴不仅会在封闭的空间站里滋生细菌,还可能飞进通风口或电子设备中,引发短路。

国际空间站的标准任务周期:

典型时长约为 6 个月(180 天)。这是大多数宇航员的主要飞行时长。人类历史上单次飞行时长记录由俄罗斯的瓦列里·波利亚科夫保持,他在“和平号”空间站连续待了 437 天。这意味着他们在这种“斯巴达式环境”下并非待几天,而是相当长的一段时间。

太空生活最大的悖论:人类离地球越远,就越不得不依赖自身的代谢废物。轨道上的宇航员不仅是研究者,更是地球上最完美的闭环循环系统中的生命环节。正如宇航员们打趣道:“昨天的茶,就是今天的氧气。”

 

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来源

  • NASA — Environmental Control and Life Support System (ECLSS)

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