فضانوردان چگونه در فضا دستشویی می‌کنند؟

«در لباست انجامش بده!» این جمله‌ای بود که آلن شپارد، اولین فضانورد آمریکایی، در ۵ می ۱۹۶۱ شنید. شپارد طبق دستورالعمل در لباس فضایی خود دستشویی کرد که باعث خرابی سنسورهای زیستی الکترونیکی او شد. لباس فضایی شپارد متناسب با سیستم جمع‌آوری ادرار نبود؛ زیرا قرار نبود مأموریت او به قدری طولانی باشد که نیازی به ادرار کردن داشته باشد.

ناسا در اولین مأموریت فضایی مداری مرکوری در ۲۰ فوریه ۱۹۶۲، مشکل دستشویی را برای جان گلن حل کرد. لباس فضایی گلن مجهز به اولین سیستم جمع‌آوری ادرار کاربردی بود. اجزای این سیستم عبارت بودند از: کمربند نگه‌داری، دستبند لاتکس، لوله پلاستیکی، دهانه و گیره و همچنین کیسه‌ی جمع‌آوری پلاستیکی. در واقع سیستم جمع‌آوری ادرار گلن به قدری تاریخی بود که از سال ۱۹۷۶ در موزه ملی هوا فضا در معرض نمایش قرار گرفت.

از زمان پروازهای مداری مرکوری و برنامه‌ی شاتل فضایی، مدت اقامت انسان در فضا طولانی‌تر شده و فضانوردهای ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) به مدت شش ماه در فضا می‌مانند. عصر جدیدی از اقامت‌های فضایی طولانی آغاز شده است و ازاین‌رو فضانوردها باید لباس‌ها را به مدت طولانی بپوشند. به همین دلیل نمی‌توانند با رطوبت یا لباس زیر کثیف راه بروند یا همیشه وابسته به شلنگ‌های لاستیکی باشند. به‌این‌ترتیب توالت‌های فضایی برای برطرف‌کردن نیازهای اولیه‌ی ساکنان فضا و در عین حال آسایش آن‌ها طراحی شد.

روی زمین بر اساس فرهنگ و موقعیت جغرافیایی، توالت‌ها به شکل‌ها و انواع مختلفی وجود دارند؛ اما یک اصل واحد بر تمام توالت‌ها اعمال می‌شود که آن هم ایجاد یک سوراخ یا یک تخت طلایی با یک کاسه‌ی تعبیه‌شده، است به‌طوری‌که ضایعات با گرانش پائین بروند.

ریزگرانش فضا فرآیند دفع فضولات انسانی را دشوار و گاهی خطرناک می‌سازد. نبود گرانش به این معنی است که فضولات می‌توانند شناور شوند که نه تنها برای سلامت فضانوردها مضر است، بلکه می‌توانند به تجهیزات حساس در ایستگاه فضایی بین‌المللی یا هر پایگاه فضایی دیگری آسیب بزنند.

به این ترتیب به جای تکیه بر گرانش برای دفع فضولات، توالت‌های ایستگاه فضایی بین‌المللی و فضاپیما از سیستم مکش و جریان هوا استفاده می‌کنند. به نقل از سازمان هوافضای ژاپن (JAXA)، گرانش ضعیف فضا به این معنی است که فضانوردها علاوه بر سیستم مکش باید خود را به توالت ببندند.

مشکل ریزگرانش را می‌توان با دست‌بند و پابند که تضمین می‌کنند فضانورد در لحظه‌ی حیاتی از توالت منحرف نمی‌شود، حل کرد. فضانوردها هنگام ادرار کردن از قیف ساکشن روی پوست خود برای جلوگیری از نشتی استفاده می‌کنند. وقتی درب توالت برای انتقال جامدات برداشته شود، فرآیند ساکشن بلافاصله برای کاهش بو آغاز می‌شود.

ضایعات جامدی که به داخل توالت‌های فضایی منتقل می‌شوند، در کیسه‌های زباله مکیده و سپس در محفظه‌های هواگیری‌شده نگه‌‌داری می‌شوند. دستمال توالت، پاک‌کننده‌ها و دستکش‌ها هم درون این محفظه‌ها قرار می‌گیرند. سپس این مخزن‌ها درون فضاپیماهای باربری قرار داده می‌شوند که منابع را از زمین به خدمه‌ی ایستگاه منتقل می‌کنند. این فضاپیماها سپس به داخل جو زمین فرستاده می‌شوند و در آنجا برای همیشه می‌سوزند. ضایعات جامد فضانوردها به این صورت دفع می‌شوند؛ اما برخی مدفوع‌ها نیز تحت انجماد قرار می‌گیرند و برای آزمایش به زمین بازمی‌گردند.

دفع فضولات مایع در ایستگاه فضایی بین‌المللی پیچیده‌تر است. آب منبعی ارزشمند در فضا است. از سویی ادرار را نمی‌توان به‌راحتی در جو از بین برد. هر کدام از خدمه‌ی ایستگاه فضایی بین‌المللی در روز برای نوشیدن، آماده‌سازی غذا و مصارف بهداشتی مثل مسواک زدن به یک گالن آب (۳٫۸ لیتر) نیاز دارند. ادرار جمع‌شده در توالت‌های ایستگاه فضایی بین‌المللی به سیستم بازیافت آب منتقل می‌شود؛ این سیستم همچنین به جمع‌آوری عرق و رطوبت ناشی از تنفس هم می‌پردازد. سپس این ضایعات به سیستم جمع‌آوری پردازنده‌ی آبی (WPA) منتقل می‌شوند که آن را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کند. به گفته‌ی جسیکا میر، فضانورد ناسا:

ما تقریبا ۹۰ درصد از مایعات آبی مثل ادرار و عرق بدن را در ایستگاه فضایی بازیافت می‌کنیم. خارج از ایستگاه فضایی سعی می‌کنیم از عنصرهای بازیافت آب طبیعی بدن تقلید کنیم. درباره‌ی ادرار در ایستگاه فضایی بین‌المللی می‌توان گفت در واقع قهوه‌ی امروز، قهوه‌ی فردا است.

در حال حاضر مدفوع برای استخراج آب بازیافت نمی‌شود، اما ناسا در حال کار روی این هدف است.

اولین توالت فضایی برای ایستگاه مداری اسکای‌لب ناسا در سال ۱۹۷۳ طراحی شد که اولین ایستگاه پژوهشی ناسا به شمار می‌رود. این توالت شامل حفره‌ای در دیوار متصل به یک کیسه و هواکش بود که فضانوردها در مأموریت‌های ۱۹۷۳ و ۱۹۷۴ برای دفع مدفوع از آن استفاده می‌کردند.

توالت‌های ایستگاه فضایی بین‌المللی برای اولین بار در سال ۲۰۰۰ طراحی شدند. فضانوردها برای استفاده از این توالت‌ها باید به صورت ایستاده ادرار می‌کردند و برای مدفوع به توالت بسته می‌شدند و پشتشان در حالت عایق روی صندلی قرار می‌گرفت. این نوع توالت عملکرد خوبی نداشت و تمیز کردن آن هم دشوار بود.

ناسا در سال ۲۰۱۸ پس از چند دهه، اولین توالت فضایی جدید خود را با توجه به بازخوردهای فضانوردان ساخت. نتیجه‌ی تلاش‌ها یک واحد تیتانیومی به نام سیستم سرتاسری مدیریت ضایعات (UWMS) بود که ساخت آن ۲۳ میلیون دلار هزینه داشت. این توالت که طول آن به ۷۱ سانتی‌متر می‌رسد در سال ۲۰۲۰ به ایستگاه فضایی بین‌المللی فرستاده شد و ابعاد آن به نصف توالت‌های روسی در ایستگاه فضایی می‌رسد. در ایستگاه فضایی بین‌المللی توالت‌ها در ماژول‌های زیوزدا، نائوکا و ترانکولیتی قرار دارند.

توالت فضایی UMWS متناسب با کپسول فضایی اوراین، متعلق به مأموریت آرتمیس طراحی شده است. کپسول اوراین به‌عنوان بخشی از مأموریت‌های برنامه آرتمیس، اولین فضانوردان را پس از نیم‌قرن به ماه بازخواهد گرداند.

توالت‌های فضایی گذشته متناسب با بدن مردها ساخته شده‌ بودند؛ به همین دلیل استفاده از آن‌ها برای زنان نامناسب بود. در نتیجه توالت UWMS به شکل بهبودیافته و متناسب با بدن زنان طراحی شد. ملیسا مک‌کنلی از مرکز فضایی جانسون و سرپرست پروژه توضیح می‌دهد که محل نشستن توالت کمی کج شده و بالا آمده است تا به این صورت استفاده از آن در حالت نشسته آسان‌تر شود. توالت جدید همچنین با قیف‌های برآمده و بلند طراحی شده است که به فضانوردها اجازه می‌دهد همزمان ادرار و مدفوع کنند. مک‌کینلی همچنین می‌افزاید پیش از این فضانوردها نمی‌توانستند همزمان ادرار و مدفوع کنند.

فضانوردهای آپولو ۱۱ توالتی نداشتند. آن‌ها در یک دستگاه جمع‌آوری ادرار که زیر لباسشان می‌پوشیدند، ادرار می‌کردند. این دستگاه با استفاده از دستبندهایی به آن‌ها متصل می‌شد. ادرار به یک لوله‌ی انتقال لاستیکی منتقل می‌شد که به یک مخزن وصل بود و از آن‌جا بخش زیادی از ضایعات مایع در فضا تخلیه و مقدار کمی از آن‌ها هم منجمد و خشک می‌شد تا برای آزمایش به زمین بازگردند.

پاسخ به این پرسش این است که در حقیقت نمی‌شویند؛ زیرا آب منبع کمیاب و محدودی برای فضانوردهای ایستگاه فضایی بین‌الملی به شمار می‌رود و آن‌ها به قدری لباسشان را می‌پوشند تا به اندازه کافی کثیف شود و دیگر نتوانند آن را بپوشند. سپس لباس‌ها را در حفره‌های ضایعات قرار می‌دهند و در نهایت این لباس‌ها در جو زمین سوزانده می‌شوند. شستن لباس‌ها در فضا کاری بیهوده است، زیرا استفاده از هر پاک‌کننده‌ای عمل بازیافت آب را دشوار می‌سازد.

آب در ایستگاه فضایی بین‌المللی به صورت پیوسته بازیافت می‌شود. هدف ناسا رسیدن به بازیافت ۹۸ درصدی آب خروجی از عرق، تنفس و ادرار فضانوردان است. این کار را سیستم پشتیبانی از حیات و کنترل محیط ایستگاه فضایی بین‌المللی (ECLSS) انجام می‌دهد که شامل بخش‌هایی مثل مجموعه پردازشگر ادرار (UPA)، سیستم بازیافت آب و مجموعه پردازشگر آب (WPA) است.