Полет Алана Шепарда и Гаса Гриссома
История туалета для астронавтов берет начало 5 мая 1961 года. NASA готовится запустить человека в космос – ракета на стартовом столе, глаза телезрителей прикованы к телеэкранам, внутри капсулы корабля Freedom 7 находится астронавт Алан Шепард. В то время, как всех интересует о чем же думает Шепард в эту историческую минуту, сам Алан не может думать ни о чем другом, кроме непреодолимого желания опорожнить мочевой пузырь.
Вся сложность ситуации, в которой находится американский астронавт в том, что полет был рассчитан на 15 минут, а потому возможности сходить в туалет не предусматривалась. Однако из-за дополнительных проверок и погодных условий старт постоянно откладывался и все затянулось. Перед командой появилась внештатная проблема, которую нужно решать немедленно. В конце специалисты приняли рискованное решение и скомандовали Шепарду сходить прямо в скафандр.
Американский астронавт Алан Шепард
Стоит отметить, что это могло стать причиной отказа датчиков телеметрии, проблем с системой терморегуляции скафандра, а в худшем случае – короткого замыкания. Альтернативой была только отмена полета. Однако, учитывая публичность запуска, специалисты NASA все же решили рискнуть и все обошлось.
Второй американский астронавт – Гас Гриссом – к таким проблемам уже был готов. На него надели двухслойное трико сложенное из прокладок (взрослых подгузников тогда еще не изобрели), чтобы моча содержалась между слоями.
Такое решение проблемы можно назвать скорее неудачным, и уже к первому орбитальному полету Джона Гленна NASA подготовилось серьезнее.
С этим нужно что-то делать
В NASA поняли, что нужно тщательно подумать над тем, как астронавты будут ходить в туалет в космосе, однако решение агентству далось очень непросто.
В течение последующих лет специалисты из NASA предлагали множество способов решения проблемы. Первым более-менее удобным способом помочиться на орбите стал мочеприемник (UCD – Urine Collection Device) изготовлен из презерватива, трубки и емкости для мочи.
Urine Collection Device – первый удобный способ помочиться в космосе
Однако такой способ сходить в туалет был пригодным только для коротких полетов в космос. Полет кораблей "Джемини" занимал до двух недель, и здесь уже одним UCD было не обойтись.
Вообще сам, UCD никуда не делся, его использовали на кораблях "Джемини", "Аполлон" и "Спейс Шаттл" на старте. Астронавты-мужчины проходили процедуру подбора презерватива в UCD и могли выбирать, стартовать с UCD или памперсом. Однако уже на орбите надо было использовать какой-то долговременные туалет.
Так выглядел USD на кораблях "Джемини"
Начальная конструкция требовала, чтобы астронавт мочился в мочеприемник одновременно создавая тягу вручную растягивая приемное устройство.
Начальная система мочеприемника
Идея оказалась мягко говоря провальной. Во-первых, обеспечивать тягу самостоятельно было практически невозможно, нужна была помощь второго астронавта. Во-вторых, система часто выбрасывала мочу вместо всасывания – одного неосторожного движения было достаточно для создания избыточного давления, а не разрежения.
Начиная с "Джемини-V" систему изменили – мочеприемник сделали прилегающим и его нужно было одевать как презерватив. В шланг добавили обратный клапан, который защищал от выбросов мочи, а приемное устройство заменили простой мягкой емкостью.
Доработанная система мочеприемника
В таком виде система была более или менее пригодной для использования. Начиная с "Джемини" мочу (кроме небольших пакетов для дальнейшего медицинского анализа) не хранили на борту, а сбрасывали через специальный клапан с подогревом (жидкость в вакууме мгновенно испаряется и превращается в лед, без подогрева клапан просто бы забился).
Диета американских астронавтов
Если решить проблему сбора мочи было относительно простой задачей, то "сходить по-большому" для американских астронавтов было задачей не простой. Для этого использовали специальные пакеты с внутренними стенками, покрытыми абсорбирующим материалом. Пакет имел специальную клейкую поверхность и крепился на ягодицы.
После облегчения астронавт специальным выступом пакета очищался, и проталкивал кал внутрь, затем аккуратно отклеивал пакет, добавлял внутрь консервант и перемешивал – это было необходимо для того, чтобы убить бактерии, также это не позволяло образовываться газам.
После этого приходил черед туалетной бумаги и влажных салфеток. Только после всех этих манипуляций астронавт выбрасывал все в мусорный бак.
В общем вся процедура занимала примерно 45 минут, и не было никакой возможности не заполнить кабину неприятными запахами. Для приватности во время этого процесса астронавтам позволяли выключать бортовую видеокамеру.
Пакет для дефекации, которым пользовались астронавты
Чтобы процесс дефекации у астронавтов проходил беспроблемно, за три дня до полета их переводили на специальную диету, которая сокращала объем каловых масс. В случае задержки полета (а такое было регулярно), диета продолжалась. Отчасти это позволяло астронавтам обойтись только сборником мочи.
Программа "Аполлон" была основана на наработках "Джемини". Жидкие отходы собирались в такие же приемники с емкостями и сбросом за борт. На каждого астронавта был рассчитан запас в 10 сменных манжет для мочеприемника. Поход "по-крупному" также не пережил существенных изменений – астронавты продолжали использовать специальные пакеты.
После завершения миссий "Аполлон" в 1975 году инженеры агентства признались, что дефекация и мочеиспускание были "крайне серьезными и проблемными аспектами, которые сопровождают каждое космическое путешествие".
От подгузников и мочеприемника перешли к подвесным унитазам и полноценной системе санузла стоимостью 19 миллионов долларов, правда, разработанные они были не в NASA. Сейчас ходить в туалет в космосе стало намного комфортнее, но было время, когда этот процесс выглядел, скорее, как пытка, а не облегчение.
Тем временем в Союзе
Стоит отметить, что советские специалисты были более предусмотрительными и подошли к решению проблемы похода в туалет в космосе еще перед полетом первого человека. Поэтому Юрий Гагарин во время своей 108-минутной прогулки в космос и обратно уже имел возможность сходить в туалет, как ему было нужно.
Конструкция системы была сравнительно простой: вентилятор создавал поток воздуха, который втягивал отходы и не давал им разлетаться по кораблю. Жидкие фракции по трубе попадали в сборник мочи и фиксировались в губчатом материале, твердые фракции задерживались в сборнике каловых масс в сменном пакете. Затем пакет закрывался и забирался в отсек для отходов. Воздушный фильтр обеспечивал очисткувоздуха от неприятного запаха.
1 – приемник; 2 – сбор урины; 3 – воздушный фильтр; 4 – вентилятор; 5 – сбор каловых масс; 6 – выход чистого воздуха; 7 – гибкий шланг; 8 – сигнальная лампа.
Большим преимуществом туалета была возможностью использования как мужчинами, так и женщинами – это обеспечивали сменные насадки.
Насадка для мужчин и для женщин
В конце концов начальная конструкция не сильно изменилась и уже больше полувека используется в том числе и на кораблях "Союз". Туалеты советских космических станций и на МКС работают на том же принципе и отличаются только полноценным сиденьем и сложной системой жидких отходов.
Туалет на МКС: модуль "Заря" и модуль Destiny
Американская станция Skylab и Space Shuttle
Только на первой американской орбитальной станции. которая находилась на околоземной орбите с 1973 по 1979 годы удалось разработать системы санузлов, что действительно повысили комфорт астронавтов в космосе.
Отличие от советских аналогов было применение таких же манжет, как и на "Аполлоне". Однако система на базе вентилятора надежно создавала разрежение для всасывания мочи. Что касается сбора твердых отходов, то астронавты получили почти полноценный туалет со сменными мешками.
Значительно более технологичным был санузел на корабле Space Shuttle, хотя и он имел свои немалые недостатки.
Начальная идея была замечательная. Все было задумано так, чтобы потоки воздуха сами помещать фекалии в приемное устройство без привлечения астронавта. Однако добиться надежной работы не удалось – твердые отходы постоянно затрагивали стенки тоннеля, и астронавтам приходилось постоянно его чистить.
Туалет на корабле Space Shuttle
Система упаковки фекалий работала недостаточно надежно, туалет достаточно регулярно выходил из строя. Также, для пользования туалетом приходилось проходить специальную подготовку. На тренажере в тоннеле стояла камера с подсветкой. Перед лицом астронавта стоял монитор с прицелом. Тренировка состояла в том, чтобы поместить ягодицы в прицел и запомнить правильное положение тела.
По сравнению с предыдущими космическими туалетами система была прогрессивной, вентилятор и сменные насадки позволяли пользоваться туалетом как мужчинам так женщинам. Но туалет получился слишком сложным и недостаточно надежным. По воспоминаниям астронавта Майка Маллейна перед пользованием туалетом лучше было полностью раздеться.
Видео демонстрирует тренировочную систему туалета Space Shuttle
Новый туалет для МКС
Старая система управления отходами на МКС уже давно требовала замены на современную. В ноябре прошлого года астронавты пережили настоящий кризис из-за того, что на космической станции вышли из строя все туалеты. Тогда американский санузел не работал из-за постоянной индикации, которая сообщала о неисправности, а российский – сигнализировал о переполненном баке сбора отходов.
Образцы универсальной системы управления отходами (UWMS) были закуплены еще в 2015 году, ее интеграция с МКС будет осуществляться до конца года. Новый туалет радикально отличается от старого меньшей массой, наличием дозирующего насоса и устройством для предварительной обработки мочи, с помощью которого отходы жизнедеятельности можно будет эффективно переработать в воду.
Новый туалет для МКС отличается габаритами, комфортом и принципом работы
По словам инженеров NASA, новая туалетная система комфортнее для использования экипажем космической станции, в который входят как мужчины так и женщины. Туалет получил измененную форму сиденья, адаптированную под каждого члена экипажа. Планируется, что UWMS будет поставлена не только на МКС, но и в рамках других миссий, в связи с чем туалеты будут обслуживаться по единому стандарту.
Текущий туалет на космической станции был разработан еще в 90-х годах и не отвечает всем техническим требованиям. В частности, во время регулировки оборудования есть риск поломки сборщика твердых масс в контейнеры и загрязнения МКС.
Вызовы будущего
История космических достижений человечества представала перед бесчисленным количеством препятствий. Астронавтам приходилось испытывать множество неудобств не последним среди которых был поход в туалет в условиях невесомости. К счастью сегодня как экипаж МКС, так и члены экипажа нового корабля Crew Dragon могут сравнительно беспроблемно воспользоваться санузлом, кроме того этот процесс до сих пор остается не только интимным, но и отнимает много времени и требует подготовки и особых манипуляций.
Однако прогресс не стоит на месте и проблему туалета в космосе почти решили, однако специалистам NASA и другим ученым придется предстать перед новыми вызовами связанными с туалетом в условиях невесомости, а возможно и в условиях гравитации на Луне и Марсе.