مرحاض فضائي

مرحاض فضائي

مرحاض الفضاء أو مرحاض انعدام الجاذبية هو مرحاض يُستخدم في بيئة منعدمة الوزن . في غياب الوزن، يتم توجيه عملية جمع وتخزين الفضلات السائلة والصلبة بواسطة تدفق الهواء. ولأن الهواء المستخدم لتوجيه الفضلات يُعاد إلى المقصورة، فإنه يُرشح مسبقًا للتحكم في الروائح الكريهة والقضاء على البكتيريا. في الأنظمة القديمة، تُصرف مياه الصرف الصحي إلى الفضاء، وتُضغط المواد الصلبة وتُخزن لإزالتها عند الهبوط. أما الأنظمة الحديثة، فتُعرّض الفضلات الصلبة لضغوط فراغية لقتل البكتيريا، مما يمنع مشاكل الروائح الكريهة ويقضي على مسببات الأمراض . [ 1 ]

خلفية

يقول رواد الفضاء إن أكثر الأسئلة التي تُطرح عليهم هي كيفية قضاء حاجتهم في الفضاء. [ 2 ] في الفضاء، يتسبب انعدام الوزن في توزيع السوائل بشكل متساوٍ في جميع أنحاء الجسم. تستشعر الكليتان حركة السوائل، ويؤدي رد فعل فسيولوجي إلى حاجة الإنسان لقضاء حاجته في غضون ساعتين من مغادرة الأرض . ولذلك، كان مرحاض الفضاء أول جهاز يُفعّل في رحلات المكوك الفضائي، بعد أن يفك رواد الفضاء أحزمة الأمان. [ 3 ]

الآلية

في غياب الجاذبية، تستخدم مراحيض الفضاء تدفق الهواء لسحب البول والبراز بعيدًا عن الجسم إلى الحاويات المخصصة. ومن الميزات الجديدة في مراحيض الفضاء التشغيل التلقائي لتدفق الهواء عند رفع غطاء المرحاض، مما يُسهم أيضًا في التحكم بالروائح. وبناءً على طلب رواد الفضاء، يتميز هذا المرحاض بتصميم أكثر راحةً، مما يقلل من وقت التنظيف والصيانة، مع أجزاء متينة مقاومة للتآكل لتقليل احتمالية الحاجة إلى الصيانة خارج الجدول الزمني المحدد. إن تقليل الوقت المُستغرق في أعمال السباكة يعني توفير المزيد من الوقت للطاقم للتركيز على العلوم وغيرها من مهام الاستكشاف ذات الأولوية العالية. [ 4 ]

يستخدم الطاقم قمعًا وأنبوبًا مصممين خصيصًا للبول (باستخدام كوب شفط)، ومقعدًا للتبرز. ويمكن استخدام القمع والمقعد معًا، استجابةً لآراء رائدات الفضاء. قد يبدو مقعد المرحاض الفضائي صغيرًا ومدببًا بشكل غير مريح، ولكنه مثالي في بيئة انعدام الجاذبية. فهو يوفر تلامسًا مثاليًا مع الجسم لضمان وصول كل شيء إلى مكانه الصحيح. [ 4 ]

يشتمل مرحاض الفضاء على أحزمة تثبيت للقدمين ومقابض لليدين ليتمكن رواد الفضاء من منع أنفسهم من الطفو بعيدًا. ويختلف وضع كل شخص أثناء قضاء حاجته، وقد أشارت ملاحظات رواد الفضاء المتكررة إلى أن أحزمة الفخذ التقليدية كانت مزعجة. [ 4 ]

يتم التخلص من ورق التواليت والمناديل والقفازات في أكياس محكمة الإغلاق. تُضغط النفايات الصلبة الموجودة في أكياس فردية محكمة الإغلاق داخل حاوية قابلة للإزالة لتخزين البراز. يُعاد عدد قليل من حاويات البراز إلى الأرض لتقييمها، بينما يُحمّل معظمها في سفينة شحن تحترق عند دخولها الغلاف الجوي للأرض. حاليًا، لا تُعالج نفايات البراز لاستعادة المياه، لكن وكالة ناسا تدرس هذه الإمكانية. [ 4 ]

الأجزاء الأساسية

رسم تخطيطي لعناصر نظام التحكم في مسار مكوك الفضاء [ 5 ]

يتكون مرحاض الفضاء من أربعة أجزاء أساسية: أنبوب شفط الفضلات السائلة، وحجرة الشفط، وأدراج تخزين الفضلات، وأكياس تجميع الفضلات الصلبة. أنبوب شفط الفضلات السائلة عبارة عن خرطوم مطاطي أو بلاستيكي بطول يتراوح بين 61 و91 سم، موصول بحجرة الشفط ومتصل بمروحة لتوفير قوة الشفط. في نهاية الأنبوب يوجد وعاء بول قابل للفصل، متوفر بنسختين: للرجال والنساء. وعاء بول الرجال عبارة عن قمع بلاستيكي بعرض يتراوح بين 5 و8 سم وعمق 10 سم تقريبًا . يتبول رائد الفضاء مباشرةً في القمع من مسافة تتراوح بين 5 و8 سم . أما قمع النساء فهو بيضاوي الشكل، أبعاده 5 × 10 سم عند الحافة. ​​توجد بالقرب من حافة القمع فتحات صغيرة أو شقوق تسمح بمرور الهواء لمنع الشفط الزائد. حجرة التفريغ عبارة عن أسطوانة بعمق حوالي 30 سم وعرض 15 سم، مزودة بمشابك على حافتها لتثبيت أكياس جمع النفايات، ومروحة لتوفير قوة الشفط. يُضخ البول ويُخزن في أدراج مخصصة لذلك. أما النفايات الصلبة فتُخزن في كيس قابل للفصل مصنوع من نسيج خاص يسمح بخروج الغازات (دون السوائل أو المواد الصلبة)، وهي ميزة تُمكّن المروحة الموجودة في الجزء الخلفي من حجرة التفريغ من سحب النفايات إلى داخل الكيس. بعد انتهاء رائد الفضاء من عمله، يقوم بلف الكيس ووضعه في درج مخصص للنفايات. تُجمد عينات من البول والنفايات الصلبة وتُرسل إلى الأرض لإجراء الاختبارات.       

تصاميم

نظام جمع النفايات في مكوك الفضاء

يُطلق على المرحاض المستخدم في مكوك الفضاء اسم نظام تجميع النفايات (WCS). بالإضافة إلى تدفق الهواء، يستخدم هذا النظام مراوح دوارة لتوزيع النفايات الصلبة وتخزينها أثناء الرحلة. تُوزع النفايات الصلبة في حاوية أسطوانية، ثم تُعرَّض لضغط الهواء لتجفيفها. أما النفايات السائلة، فكان يتم التخلص منها عن طريق تفريغها في الفضاء. [ 6 ]

تطلّب نظام المقعد المزوّد بمقعد (WCS) ساعاتٍ طويلة من التدريب. وللتبوّل، استُخدم خرطوم. أما للتبرّز، فكانت فتحة المقعد بقطر 100 ملم (4 بوصات ) - أصغر بكثير من فتحة المرحاض التقليدي - وكان على المستخدم أن يضع مؤخرة جسمه في منتصف المقعد تمامًا. قامت ناسا ببناء جهاز محاكاة مزوّد بكاميرا فيديو داخل الفتحة؛ واستخدم المتدربون علامة تصويب لتعلم كيفية وضع أجسامهم، بينما كان رواد فضاء آخرون يشاهدون ويتبادلون النكات. [ 7 ] [ 2 ] 

واجه نظام التحكم في المياه (WCS) عدة أعطال أثناء الرحلة. ففي رحلة الاختبار STS-3 التي استمرت ثمانية أيام ، تعطل المرحاض، ولجأ طاقمه المكون من شخصين ( جاك لوسما وغوردون فولرتون ) إلى أجهزة احتواء البراز للتخلص من الفضلات. كما أدى خلل في نظام تصريف السوائل على متن مكوك ديسكفري خلال رحلته الأولى إلى تراكم فضلات متجمدة خارج المكوك، والتي أُزيلت لاحقًا بواسطة ذراع كندا . [ 6 ] وخلال رحلة STS-46 ، تعطلت إحدى المراوح، واضطر عضو الطاقم كلود نيكولييه إلى إجراء صيانة أثناء الرحلة.

محطة الفضاء الدولية

يتعاون مهندسا رحلة البعثة 65، مارك فاندي هاي (من اليسار) وشين كيمبرو، في مهام السباكة المدارية أثناء قيامهما بتركيب مرحاض جديد داخل وحدة ترانكويليتي التابعة لمحطة الفضاء الدولية.

يوجد في محطة الفضاء الدولية ثلاثة مراحيض ، موزعة على وحدات زفيزدا ، وناوكا، وترانكويليتي . [ 8 ] وتستخدم هذه المراحيض نظام شفط يعمل بمروحة، مشابه لنظام مرحاض مكوك الفضاء . تُجمع النفايات السائلة في حاويات سعة 20 لترًا (5.3 جالون أمريكي ) . أما النفايات الصلبة، فتُجمع في أكياس فردية مثقبة بدقة، تُخزن في حاوية ألومنيوم. [ 9 ] تُنقل الحاويات الممتلئة إلى وحدة بروجرس للتخلص منها. وتوجد حجرة إضافية للنفايات والنظافة الشخصية ضمن وحدة ترانكويليتي التي أُطلقت عام 2010. وفي عام 2007، اشترت ناسا مرحاضًا روسي الصنع مشابهًا للمرحاض الموجود على متن محطة الفضاء الدولية، بدلًا من تطوير مرحاض مماثل داخليًا. [ 10 ]  

في 21 مايو/أيار 2008، تعطلت مضخة فصل الغاز عن السائل في المرحاض الذي يبلغ عمره سبع سنوات في محطة زفيزدا، على الرغم من أن جزء النفايات الصلبة كان لا يزال يعمل. حاول الطاقم استبدال أجزاء مختلفة، لكنهم لم يتمكنوا من إصلاح الجزء المعطل. في هذه الأثناء، استخدموا الوضع اليدوي لجمع البول. [ 11 ] كان لدى الطاقم خيارات أخرى: استخدام المرحاض الموجود على وحدة النقل سويوز (التي لا تتسع إلا لبضعة أيام من الاستخدام) أو استخدام أكياس جمع البول عند الحاجة. [ 12 ] أُرسلت مضخة بديلة من روسيا في حقيبة دبلوماسية ، ليتمكن مكوك الفضاء ديسكفري من نقلها إلى المحطة كجزء من مهمة STS-124 في 2 يونيو/حزيران. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

تصاميم أخرى

كما استخدمت دورة المياه في محطة الفضاء السوفيتية / الروسية " مير " نظامًا مشابهًا لنظام WCS. [ 16 ]

على الرغم من أن مركبة سويوز الفضائية كانت مزودة بمرحاض داخلي منذ إطلاقها عام 1967 (بفضل المساحة الإضافية في الوحدة المدارية)، إلا أن جميع مركبات جيميني وأبولو الفضائية كانت تتطلب من رواد الفضاء التبول في ما يُسمى "أنبوب التبول"، حيث تُفرغ محتوياته في الفضاء، بينما يُجمع البراز في أكياس مصممة خصيصًا لهذا الغرض. [ 17 ] كانت هذه المرافق غير مريحة لدرجة أن رواد الفضاء، تجنبًا لاستخدامها، كانوا يتناولون أقل من نصف الطعام المتاح خلال رحلاتهم . [ 18 ] أما محطة سكايلاب الفضائية، التي استخدمتها ناسا بين مايو 1973 ومارس 1974، فكانت مزودة بنظام مرحاض داخلي، والذي كان بمثابة نموذج أولي لنظام مرحاض مكوك الفضاء، ولكنه كان يضم أيضًا دشًا داخليًا. وكان مرحاض سكايلاب، الذي صممته وبنته شركة فيرتشايلد ريبابليك في لونغ آيلاند، نظامًا طبيًا في المقام الأول لجمع عينات من البول والبراز والقيء وإعادتها إلى الأرض، وذلك لدراسة توازن الكالسيوم لدى رواد الفضاء.

حتى مع وجود هذه المرافق، يتبع رواد الفضاء ورواد الفضاء الفضائيون في كلا نظامي الإطلاق إجراءات تنظيف الأمعاء قبل الإطلاق واتباع نظام غذائي قليل الألياف لتقليل الحاجة إلى التبرز . [ 19 ] وقد استُخدم مرحاض سويوز في مهمة عودة من محطة مير. [ 16 ]

شركة NPP Zvezda هي شركة روسية لتطوير معدات الفضاء، والتي تشمل مراحيض انعدام الجاذبية. [ 20 ]

تُطوّر وكالة ناسا مرحاضًا فضائيًا من الجيل التالي بتكلفة 23 مليون دولار، يُطلق عليه اسم نظام إدارة النفايات الشامل (UWMS)، لاستخدامه في مركبة أوريون ومحطة الفضاء الدولية. [ 21 ] [ 22 ] يُعدّ نظام UWMS أول مرحاض فضائي مُصمّم خصيصًا للنساء والرجال على حدٍ سواء، مما يُسهّل استخدام المراحيض الفضائية للنساء، ويُمكّن من قضاء الحاجة في آنٍ واحد. صُمّم النظام ليكون آليًا بالكامل، وأكثر هدوءًا، وأخف وزنًا، وأكثر موثوقية، وأكثر صحية، وأصغر حجمًا من الأنظمة السابقة. [ 21 ] [ 23 ] من بين ابتكاراته، يعتمد نظام UWMS على تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لدمج معادن مثل إنكونيل ، وإلجيلوي ، والتيتانيوم ، القادرة على تحمّل الأحماض المستخدمة في معالجة البول داخل المرحاض. [ 23 ] تم تسليم نظام UWMS لأول مرة إلى محطة الفضاء الدولية في أكتوبر 2020. [ 24 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. "جيجابان: مرحاض مكوك الفضاء ديسكفري" . ناشيونال جيوغرافيك . جمعية ناشيونال جيوغرافيك. مؤرشف من الأصل في 5 سبتمبر 2013. تم الاطلاع عليه في 8 سبتمبر 2013 .
  2. 1 2 يتطلب استخدام مرحاض المكوك تدريبًا خاصًا ( يوتيوب ). ناسا. 5 مايو 2010. مؤرشف من الأصل في 14 ديسمبر 2021.
  3. ووكر، تشارلز د. (17 مارس 2005). "نص المقابلة الشفوية 2" (ملف PDF) . مشروع التاريخ الشفوي لمركز جونسون للفضاء التابع لناسا (مقابلة). أجرت المقابلة جينيفر روس-نازال . تاريخ الاطلاع: 29 ديسمبر 2011 .
  4. 1 2 3 4 إلبورن، دارسي (2 أغسطس 2019). "انطلق بجرأة! مرحاض ناسا الفضائي الجديد" . ناسا . تم الاسترجاع في 7 فبراير 2022 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  5. ناسا (15 نوفمبر 2001). "تغييرات التكوين وحالة الاعتماد - مجموعة المعالجة المسبقة لبول المكوك" (ملف PDF) . مراجعة جاهزية رحلة STS-108 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 8 نوفمبر 2004. تم الاطلاع عليه في 28 ديسمبر 2006 .
  6. 1 2 "قبل 35 عامًا: STS-41D - الرحلة الأولى لمكوك الفضاء ديسكفري - ناسا" . 30 أغسطس 2019. تم الاطلاع عليه في 16 ديسمبر 2023 .
  7. كروفت، ملفين؛ يوسكاوسكاس، جون (2019). انضم إلينا في رحلة فضائية: برنامج ناسا لمتخصصي الحمولة . رحلة إلى الفضاء: تاريخ شعبي لرحلات الفضاء. مطبعة جامعة نبراسكا. ص 15. ISBN  9781496212252.
  8. شيريل إل. مانسفيلد (7 نوفمبر 2008). "المحطة تستعد لتوسيع طاقمها" . ناسا . تم الاطلاع عليه في 17 سبتمبر 2009 .
  9. لو، إد (8 سبتمبر 2003). "HSF – محطة الفضاء الدولية – "تحية لسكان الأرض"تمت أرشفة هذا النص من المصدر الأصلي في 6 سبتمبر 2003. تم الاطلاع عليه في 21 ديسمبر 2006 .
  10. Fareastgizmos.com (6 يوليو 2007). "19 مليون دولار أمريكي لمرحاض محطة فضائية" . تم الاطلاع عليه في 9 يوليو 2007 .
  11. "مشكلة في دورة المياه بمحطة الفضاء" . بي بي سي نيوز . 29 مايو 2008. تم الاطلاع عليه في 4 يناير 2010 .
  12. "محطة الفضاء تعاني من عطل في المرحاض" . أخبار إن بي سي . 27 مايو 2008.
  13. "رواد الفضاء سيصلحون مرحاض محطة الفضاء" . مؤرشف من الأصل في 19 سبتمبر 2008.
  14. "محطة الفضاء الدولية - إصلاحات حمامات زفيزدا وتجهيزات المكوك للطاقم" .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  15. "مجموعة قطع غيار مرحاض محطة الفضاء للإقلاع" . ريد أوربت . 29 مايو 2008.
  16. 1 2 شاتلورث، مارك (9 فبراير 2002). "التدريب على استخدام المرحاض" . أول أفريقي في الفضاء . تم الاسترجاع في 28 ديسمبر 2006 .
  17. ساندرا هاوبليك-ميوسبرغر: هندسة معمارية لرواد الفضاء  : منهج قائم على النشاط . سبرينغر، 2011، رقم ISBN 978-3-7091-0666-2, النظافة أبولو – استئناف المرحاض، ص.  134-137.
  18. بورلاند، تشارلز ت. (7 أبريل 2006). "تشارلز ت. بورلاند" . مشروع التاريخ الشفوي لمركز جونسون للفضاء التابع لناسا (مقابلة). أجرت المقابلة جينيفر روس-نازال . تاريخ الاطلاع: 24 ديسمبر 2014 .
  19. "حمية قليلة الألياف" . Buzzle.com. 15 ديسمبر 2011. مؤرشف من الأصل في 20 أبريل 2008. تم الاطلاع عليه في 24 مايو 2012 .
  20. "وحدة الصحة العقلية ASU-8A" . Zvezda-npp.ru. مؤرشف من الأصل في 13 فبراير 2012. تم الاطلاع عليه في 24 مايو 2012 .
  21. ١ ٢ جيمس ل. برويان الابن؛ مايكل ك. إيورت؛ باتريك و. فينك (٤ أغسطس ٢٠١٤). "تقنيات تقليل اللوجستيات لبعثات الاستكشاف" (ملف PDF) . وكالة ناسا. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في ٦ أكتوبر ٢٠١٤. تم الاطلاع عليه في ٢٨ سبتمبر ٢٠١٤ .
  22. غروش، لورين (1 أكتوبر 2020). "وكالة ناسا على وشك إطلاق مرحاض مُطوّر للجاذبية الصغرى إلى محطة الفضاء الدولية" . ذا فيرج . تم الاطلاع عليه في 3 أكتوبر 2020 .
  23. 1 2 توماس ج. ستابلتون؛ شيلي باكوس؛ جيمس ل. برويان الابن (1 يناير 2013). "تطوير نظام شامل لإدارة النفايات" (ملف PDF) . وكالة ناسا. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 6 أكتوبر 2014. تم الاطلاع عليه في 28 سبتمبر 2014 .
  24. ميليسا ماكينلي؛ ميليسا بورّيغو؛ جيمس لي برويان الابن (10 يوليو 2022). "نظام إدارة النفايات الشامل التابع لناسا وعمليات دمج أجهزة المراحيض على متن محطة الفضاء الدولية - المشكلات والتعديلات والإنجازات" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه في 7 فبراير 2024 .