Важка невагомість: історія космічного туалету від першого польоту до МКС

Політ Алана Шепарда й Гаса Гріссома

Історія туалету для астронавтів бере початок 5 травня 1961 році. NASA готується запустити людину у космос – ракета на стартовому столі, очі телеглядачів прикуті до телеекранів, всередині капсули корабля Freedom 7 перебуває астронавт Алан Шепард. У той час, як всіх цікавить про що ж думає Шепард у цю історичну мить, сам Алан не може думати ні про що інше, окрім нестерпного бажання спорожнити сечовий міхур.

Вся складність ситуації, у якій перебуває американський астронавт у тому, що політ був розрахований на 15 хвилин, відтак можливості сходити в туалет не передбачалося. Однак через додаткові перевірки та погодні умови старт постійно відкладався і все затягнулося. Перед командою постала позаштатна проблема, яку потрібно було вирішувати негайно. Врешті фахівці прийняли ризиковане рішення та скомандували Шепарду сходити прямо у скафандр.

Американський Астронавт Алан Шепард

Варто зазначити, що це могло стати причиною відмови датчиків телеметрії, проблем з системою терморегуляції скафандра, а в найгіршому випадку – короткого замикання. Альтернативою було лише скасування польоту. Однак, враховуючи публічність запуску, фахівці NASA все ж вирішили ризикнути і все обійшлося.

Другий американський астронавт – Гас Гріссом – до таких проблем вже був готовий. На нього одягнули двошарове трико складене з прокладок (дорослих підгузків тоді ще не винайшли), щоб сеча містилася між шарами.

Таке вирішення проблеми можна назвати швидше невдалим, і вже до першого орбітального польоту Джона Гленна NASA підготувалося серйозніше.

З цим потрібно щось робити

У NASA зрозуміли, що потрібно ретельніше подумати над тим, як астронавти будуть ходити в туалет у космосі, проте рішення агентству далося дуже непросто.

Протягом наступних років фахівці з NASA пропонували безліч способів вирішення проблеми. Першим більш-менш зручним способом помочитися на орбіті став сечоприймач (UCD - Urine Collection Device) виготовлений з презерватива, трубки та ємності для сечі.

Urine Collection Device – перший зручний спосіб помочитися у космосі

Однак такий спосіб сходити в туалет був придатним лише для коротких польотів у космос. Політ кораблів "Джеміні" займав до двох тижнів, і тут вже одним UCD було не обійтися.

Взагалі сам, UCD нікуди не подівся, його використовували на кораблях "Джеміні", "Аполлон" і "Спейс Шаттл" на старті. Астронавти-чоловіки проходили процедуру підбору презерватива до UCD і могли вибирати, стартувати з UCD або памперсом. Однак вже на орбіті треба було використовувати якийсь довготриваліший туалет.

Так виглядав USD на кораблях "Джеміні"

Початкова конструкція вимагала, щоб астронавт мочився в сечоприймач одночасно створюючи тягу вручну розтягуючи приймальний пристрій.

Початкова система сечоприймача

Ідея виявилася м'яко кажучи провальною. По-перше, тягнути забезпечувати тягу самостійно було практично неможливо, потрібна була допомога другого астронавта. По-друге, система часто викидала сечу замість всмоктування – одного необережного руху було достатньо для створення надлишкового тиску, а не розрідження.

Починаючи з "Джеміні-V" систему змінили – сечоприймач зробили припасованим і його потрібно було одягати як презерватив. В шланг додали зворотний клапан, що захищав від викидів сечі, а приймальний пристрій замінили на просту м'яку ємність.

Допрацьована система сечоприймача

У такому вигляді система була більш-менш придатною для використання. Починаючи з "Джеміні" сечу (крім невеликих пакетів для подальшого медичного аналізу) не зберігали на борту, а скидали через спеціальний клапан з підігрівом (рідина у вакуумі миттєво випаровується і перетворюється на лід, без підігріву клапан просто б забило). 

Дієта американських астронавтів

Якщо вирішити проблему збору сечі було відносно простим завданням, то "сходити по-великому" для американських астронавтів було завданням не простим. Для цього використовували спеціальні пакети з внутрішніми стінками, покритими абсорбуючим матеріалом. Пакет мав спеціальну клейку поверхню та кріпився на сідниці.

Після полегшення астронавт спеціальним виступом пакета очищався, та проштовхував кал всередину, потім акуратно відклеював пакет, додавав всередину консервант та перемішував – це було необхідно для того, щоб вбити бактерії, також це не дозволяло утворюватися газам.

Після цього надходила черга туалетного паперу та вологих серветок. Лише після усіх цих маніпуляцій астронавт викидав все у сміттєвий бак.

Загалом вся процедура займала приблизно 45 хвилин, і не було жодної змоги не заповнити кабіну неприємними запахами. Для приватності під час цього процесу астронавтам дозволяли вимикати бортову відеокамеру.

Пакет для дефекації, яким користувалися астронавти

Аби процес дефекації у астронавтів проходив безпроблемно, за три дні до польоту їх переводили на спеціальну дієту, яка скорочувала обсяг калових мас. У разі затримки польоту (а таке було регулярно), дієта продовжувалася. Почасти це дозволяло астронавтам обійтися лише збірником сечі.

Програма "Аполлон" базувалася на напрацюваннях "Джеміні". Рідкі відходи збиралися в такі ж приймачі з ємностями і скиданням за борт. На кожного астронавта було розраховано запас в 10 змінних манжет для сечоприймача. Похід "по-великому" також не пережив суттєвих змін – астронавти продовжували використовувати спеціальні пакети.

Після завершення місій "Аполлон" у 1975 році інженери агентства зізналися, що дефекація та сечовипускання "є вкрай серйозними та проблемними аспектами, які супроводжують кожну космічну подорож".

Від підгузків та сечоприймачів перейшли до підвісних унітазів та повноцінної системи санвузла вартістю 19 мільйонів доларів, щоправда, розроблені вони були не в NASA. Зараз ходити в туалет у космосі стало набагато комфортніше, але був час, коли цей процес виглядав, скоріше, як катування, а не полегшення.

Тим часом в Союзі

Варто зазначити, що радянські фахівці були більш завбачливими та підійшли до вирішення проблеми походу в туалет у космосі ще перед польотом першої людини. Відтак Юрій Гагарін під час своєї 108-хвилинної прогулянки у космос і назад вже мав можливість сходити в туалет, як йому було потрібно.

Конструкція системи була порівняно простою: вентилятор створював потік повітря, який втягував відходи і не давав їм розлітатися кораблем. Рідкі фракції трубою потрапляли до збірника сечі і фіксувалися в губчатому матеріалі, тверді фракції затримувалися у збірнику калових мас в змінному пакеті. Потім пакет закривався і забирався у відсік для відходів. Повітряний фільтр забезпечував очищення повітря від неприємного запаху.

1 – приймач; 2 – збір урини; 3 – повітряний фільтр; 4 – вентилятор; 5 – збір калових мас; 6 – вихід чистого повітря; 7 – гнучкий шланг; 8 – сигнальна лампа.

Великою перевагою туалету була можливістю використання як чоловіками, так і жінками – це забезпечували змінні насадки.

Насадка для чоловіків та для жінок

Зрештою початкова конструкція не сильно змінилася та вже понад півстоліття використовується в тому числі і на кораблях "Союз". Туалети радянських космічних станцій та на МКС працюють на тому ж принципі і відрізняються лише повноцінним сидінням та складнішою системою обробки рідких відходів.

Туалет на МКС: модуль "Зоря" та модуль Destiny

Американська станція Skylab та Space Shuttle

Лише на першій американській орбітальній станції. яка перебувала на навколоземній орбіті з 1973 по 1979 роки вдалося розробити системи санвузлів, що справді підвищили комфорт астронавтів у космосі.

Відмінність від радянських аналогів було застосування таких же манжет, як і на "Аполлоні". Однак система на базі вентилятора надійно створювала розрідження для всмоктування сечі. Щодо збору твердих відходів то тут астронавти отримали майже повноцінний туалет зі змінними мішками.

Значно технологічнішим був санвузол на кораблі Space Shuttle, хоча і він мав свої чималі недоліки. 

Початкова ідея була чудова. Все було задумано так, щоб потоки повітря самі поміщати фекалії в приймальний пристрій без залучення  астронавта. Однак домогтися надійної роботи не вдалося – тверді відходи постійно зачіпали стінки тунелю, і астронавтам доводилося постійно його чистити.

Туалет на кораблі Space Shuttle

Система упакування фекалій працювала недостатньо надійно, туалет досить регулярно виходив з ладу. Також, для користування туалетом доводилося проходити спеціальну підготовку. На тренажері в тунелі стояла камера з підсвічуванням. Перед обличчям астронавта стояв монітор з прицілом. Тренування полягало у тому, щоб помістити сідниці в приціл і запам'ятати правильне положення тіла.

У порівнянні з попередніми космічними туалетами система була прогресивною, вентилятор і змінні насадки дозволяли користуватися туалетом як чоловікам так жінкам. Але туалет вийшов занадто складним і недостатньо надійним. За спогадами астронавта Майка Маллейна перед користуванням туалетом найкраще було повністю роздягтися.

Відео демонструє тренувальну систему туалету Space Shuttle

Новий туалет для МКС

Стара система управління відходами на МКС вже давно вимагала заміни на сучасну. У листопаді минулого року астронавти пережили справжню кризу через те, що на космічній станції вийшли з ладу всі туалети. Тоді американський санвузол не працював через постійну індикацію, яка повідомляла про несправності, а російський – сигналізував про переповнений бак збору відходів.

Зразки універсальної системи управління відходами (UWMS) були закуплені ще у 2015 році, її інтеграція з МКС буде здійснюватися до кінця року. Новий туалет радикально відрізняється від старого меншою масою, наявністю дозуючого насоса та пристроєм для попередньої обробки сечі, за допомогою якого відходи життєдіяльності можна буде ефективно переробити у воду.

Новий туалет для МКС відрізняється габаритами, комфортом та принципом роботи

За словами інженерів NASA, нова туалетна система комфортніша для використання екіпажем космічної станції, до якого входять як чоловіки так і жінки. Туалет отримав змінену форму сидіння, адаптовану під кожного члена екіпажу. Планується, що UWMS буде поставлена ​​не лише на МКС, а й у рамках інших місій, у зв'язку з чим туалети будуть обслуговуватися за єдиним стандартом.

Поточний туалет на космічній станції був розроблений ще у 90-х роках і не відповідає всім технічним вимогам. Зокрема, під час регулювання обладнання є ризик поломки збирача твердих мас у контейнери та забруднення МКС.

Виклики майбутнього

Історія космічних досягнень людства поставала перед незліченною кількістю перепон. Астронавтам доводилося терміти чимало незручностей не останньою серед яких був похід у туалет в умовах невагомості. На щастя на сьогодні як екіпаж МКС так члени екіпажу нового корабля Crew Dragon мають змогу порівняно безпроблемно скористатися санвузлом, поза тим цей процес і досі залишається не лише інтимним, але й забирає чимало часу та потребує підготовки й особливих маніпуляцій.

Проте прогрес не стоїть на місці і проблему туалету у космосі майже вирішили, однак фахівцям NASA та іншим вченим доведеться постати перед новими викликами пов'язаними з туалетом в умовах невагомості, а можливо й в умовах гравітації на Місяці та Марсі.