NASA竟打算讓宇航員在太空吃大便?
2019年10月15日11:25

  享受完大自然的召喚後,輕輕按動馬桶按鈕,繼而神清氣爽的回到正常的工作生活中——這是大多數人完成五穀輪迴工作的流程。樓宇的上下水系統和城市的排水與汙水處理系統,則會將我們排出的廢棄物進行處理後交還給自然。然而,在太空之中,地面上司空見慣的一切都會變得相當複雜,上廁所也不例外。

  日前,有“好事”的科學家,打起了變廢為寶的主意,竟然希望宇航員排出去的東西經過加工後,能夠重新回到宇航員的嘴中。當然,科學家們並非是要讓宇航員們直接吃便便。使大便變廢為寶的,正是讓我們又愛又恨的細菌微生物。

  一趟食物短缺的遠門

  目前,唯一能支援宇航員在太空中長時間駐留的航天器是國際空間站。在那裡,貨運飛船會定期造訪,運來所需要的補給。但除了美國SpaceX的貨運型龍飛船之外,其他的幾種貨運飛船都沒有較強的下行運載能力,飛船在送完貨返回地面的過程中,會直接在大氣層中焚燬。不過實際上,這些貨運飛船也不是空手而歸——宇航員們會將他們的便便打包放進貨運飛船中,與飛船一同化作天際中的流星。在打包前,便便會經過酸性與強氧化性物質的穩定處理,還會被烘乾。雖然便便在被拋棄前,要經曆相對複雜的處理過程,但國際空間站並沒有將便便變廢為寶的裝置。畢竟地球近在咫尺,新的補給能夠源源不斷的由地面送來。

國際空間站上的廁所。(圖片來源:NASA)
國際空間站上的廁所。(圖片來源:NASA)

  然而,如果你想離開近地軌道,往火星甚至更遠的地方進發,食物供給就會成為一個問題。通過轉移軌道去往火星的飛行大概需要將近9個月的時間。對於最初登陸火星的宇航員,到達火星之後並沒有“宇宙盡頭的餐館”能為他們接風洗塵。在一片荒蕪的世界中,他們要依靠從地球帶來的補給在火星表面生活,還要依靠這些補給完成為期同樣為將近9個月的回程。由於技術條件或是經費的限製,在這個漫漫旅程中,他們可能很難得到來自地球的二次補給。

  可能你會說,讓飛船多攜帶一些給養不就可以了嗎?然而對於現在的航天運載能力來說,即便是目前地表最強的獵鷹重型火箭,也只能在理論上將16.8噸的載荷送到火星軌道。這可用的運載能力被飛船的各種設備和宇航員本身消耗的七七八八後,能夠搭載食品的重量也就非常有限了。

  於是,對物質進行循環利用,在太空飛行中產生食品。就變得相當有必要了。除了去往火星,未來當人類飛的更遠,去往太陽系邊緣甚至飛出太陽系時,這項工作的重要性也許會變得更高。

  讓細菌來幫忙

  在目前的解決方案中,有不少科學家和技術人員提出在太空中種植植物。這種方案發展的相對成熟,我國的天宮二號就曾經進行過太空種菜的試驗。但植物提供的蛋白質和脂肪相對有限,不能支撐一個比較合理的膳食結構。為了產生蛋白質更為富集的食品,科學家們盯上了人類的便便。畢竟,那裡面含有大量的氮元素和碳元素,理論上具備合成蛋白質食物的可能。

  當然,如果你讓宇航員直接在太空吃便便,不但起不到補充營養的作用,還會讓普羅大眾不會再把宇航員當做夢想中的職業。

  在NASA資助美國賓夕法尼亞大學的科研人員完成的一項研究中,科學家們找到了與人類相愛相殺的細菌來完成變糞為寶的工作。他們製作了一個管樁的實驗裝置,將與人類糞便化學性質類似的實驗替代品(誰都不想實驗室臭氣熏天)裝入裝置之中,同時還放進去了兩種細菌。這兩種細菌,一種負責通過厭氧消化過程,從糞便中產生甲烷和含氮氣體,而另一種則以這兩種氣體為食物,進一步產生蛋白質和脂肪。最終,宇航員們食用的就是這些細菌所生產的食物。在目前的實驗中,這種食物的性狀看起來像是龜苓膏或是魔芋塊,口感應該不會太差。這種食物里含有52%的蛋白質和36%的脂肪,看起來營養比例也不錯。

  吃細菌並不是什麼大不了的事情,酸奶愛好者們每天都將大量承擔發酵工作的細菌攝入體內。未來可能供宇航員們食用的細菌食物,目前也廣泛被運用於畜牧業的飼料中,具備基本的安全性。同時,科學家們為了提供更加安全的食物生長環境,還嚐試了在一般微生物難以耐受的環境下使用特別的微生物來生產食物。例如,他們將實驗裝置的溫度提高到了70攝氏度。在這樣的溫度下,一般的微生物都會被殺死,但科學家們選擇的棲熱水生菌,不但能在這種環境下愉快的生活,還能生產出對於胖子更加友好的食物——蛋白質含量被提高到了61%,而脂肪含量下降到了16%。不過,由於運輸胖子宇航員會多消耗一些運載能力,在全世界人民沒有普遍發胖的情況下,胖子上天的希望似乎不大。

  不過,目前還沒有實質性的載人登陸火星計劃進入實施階段,這項研究的目的也是為未來的可能應用儲備技術。因此,宇航員們暫時不用擔心自己的食譜里出現便便蛋白質醬這個選項了。

  肥水不流外人田

  實際上,在國際空間站工作過的宇航員,可能稍微進行一些心理建設後,就能接受糞便產生的食物,因為他們已經在太空中暢飲了很久尿液產生的飲水。

甘迺迪航天中心的工作人員正在向媒體展示即將運往國際空間站的水循環系統。(圖片來源:NASA)
甘迺迪航天中心的工作人員正在向媒體展示即將運往國際空間站的水循環系統。(圖片來源:NASA)

  2008年,在航天飛機還未退役的年代,奮進號航天飛機將一套價值2.5億美元的水循環系統運抵國際空間站。這套系統的功能是收集宇航員們的排出的尿液、蒸發到空氣中的汗液和呼出到空氣中的水蒸氣,經過淨化處理後生成可飲用的水。在測試了一段時間後,系統產生的飲用水樣本被發現號航天飛機運回地面。經過檢測,NASA認為系統的工作狀況是令人滿意的,產生的飲用水可以安全使用。自那之後,宇航員們就開始將自己排出體外的水又喝回來,真真是肥水不流外人田。

國際空間站宇航員正在快樂的引用由尿液淨化得到的純淨水。(圖片來源:NASA)
國際空間站宇航員正在快樂的引用由尿液淨化得到的純淨水。(圖片來源:NASA)

  除此之外,糞便還有別的潛在用處。修沼氣池,從人和牲畜的糞便中產生甲烷燃料,是中國農村地區一種綠色的能源來源。而在NASA支援的另一項研究中,美國佛羅里達大學的研究人員研究了利用宇航員糞便產生甲烷,進而將甲烷用作飛船燃料的可能性。這項研究希望未來月球表面建成長期有人駐留的基地後,月球沼氣池產生的沼氣可以為宇航員們駕駛飛船返回地球提供足夠的東西。這樣,他們在出發時加夠去程的“油”就可以了,回程的“油”則由自己的消化道與各種微生物攜手產生。通過實驗,研究人員們發現通過人類排泄物不但能夠產生甲烷,順便還能產生不少水。當然,研究人員們並不打算把這種水再灌進宇航員嘴裡,而是計劃通過電解產生氫氣和氧氣,作為後備的氣體來源。

  來源:中國科普博覽

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