Nhà vệ sinh trong không gian: Cuộc chiến kỹ thuật đầy "hôi thơm" của NASA

Nhà vệ sinh trong không gian: Cuộc chiến kỹ thuật đầy "hôi thơm" của NASA

Câu nói kinh điển dành cho các phi hành gia trước khi rời Trái Đất luôn là: "Nên đi vệ sinh trước khi đi". Điều này ám chỉ chiến lược xưa cũ và khôn ngoan nhất để giải quyết nhu cầu sinh lý trong không gian: hãy làm mọi cách để tránh phải làm điều đó.

Mặc dù các tàu vũ trụ như Soyuz hay Crew Dragon đều được trang bị bộ kit nhà vệ sinh cơ bản, nhưng các phi hành gia thường sử dụng sự kết hợp giữa thuốc, chế độ ăn uống và những kiến thức bí truyền được truyền lại qua các thế hệ để hạn chế việc sử dụng chúng. Chỉ mất hơn hai ngày để tàu Crew Dragon đến được trạm không gian, nhưng thủy đoàn trong chiếc tàu chật hẹp này được kỳ vọng sẽ kiên nhẫn để dành "pháo hoa" cho sự thoải mái tương đối của nhà vệ sinh trên trạm.

Sơ đồ hệ thống nhà vệ sinh trên trạm không gian

Thời kỳ sơ khai và những khó khăn của Apollo

Kỷ lục về việc "nhịn" lâu nhất trong không gian thuộc về Frank Borman trong nhiệm vụ Gemini 7. Kẹt trong một chiếc capsule hai người rộng bằng cả buồng điện thoại, Borman quyết tâm không "giải phóng" trong suốt hai tuần nhiệm vụ. Tuy nhiên, đến nhiệm vụ Apollo 8, ông đã bị say không gian nghiêm trọng, và hệ thống xử lý chất thải kém cỏi của Apollo đã khiến các phi hành gia cùng tàu phải chịu đựng một trải nghiệm kinh hoàng từ cả hai phía.

Tất cả đều đồng ý rằng điều kiện vệ sinh trên tàu Apollo là man rợ. Việc đi vệ sinh trên tàu nhỏ bé giống như sống trong một nhà vệ sinh di động ba người, tệ hơn là việc "làm chuyện đó" tốn gần một tiếng đồng hồ, phần lớn thời gian là để nhào nặn bột kháng khuẩn vào trong túi đựng.

Lý thuyết về nhà vệ sinh không trọng lực

Lần tới khi bạn vào nhà vệ sinh, hãy dành một phút để xem xét ba cách trọng lực giúp quá trình này trở nên vệ sinh và dễ dàng trên Trái Đất:

1. Nó ép bạn xuống bồn cầu với đủ lực để bạn định vị cơ thể thoải mái.
2. Nó kéo chất thải ra khỏi cơ thể một cách mạnh mẽ, dễ dàng vượt qua các lực bề mặt như độ căng bề mặt.
3. Nó cô lập chất thải, đầu tiên dưới một lớp nước, sau đó vào đường ống cống hoặc bể tự hoại.

Trong môi trường không trọng lực, chúng ta phải tìm giải pháp thay thế cho cả ba việc này.

• Định vị cơ thể: NASA đã thử nhiều phương pháp thất bại như dây đeo đùi hay giày cao su có đế hút chân không. Cuối cùng họ nhận ra cách tốt nhất là cung cấp các lựa chọn (tay cầm, thanh đùi, chỗ để chân) và để phi hành gia tự tìm cách.
• Tách chất thải: Phải dùng lực hút khí. Ghế nhà vệ sinh không thể quá rộng (4-6 inch là tiêu chuẩn), khiến việc định vị cơ thể càng quan trọng hơn. Các quạt gió cũng khiến nhà vệ sinh không gian trở nên ồn ào.
• Cô lập và kiểm soát mùi: Nước tiểu được thu thập qua phễu và trộn với chất kháng khuẩn trước khi hút vào bể chứa. Phân được thu gom trong các túi xốp dùng một lần, cho phép không khí đi qua nhưng giữ lại chất rắn và nước. Sau khi dùng, túi bị buộc chặt và đặt vào thùng thu gom cùng găng tay và khăn lau.

Sự trỗi dậy của nhà vệ sinh không gian

Thiết kế ban đầu cho Apollo yêu cầu phi hành gia ngồi trên một thiết bị gắn vào tường và mở van hút chân không. Các phi hành gia đã từ chối kịch liệt vì sợ bị "lộn ruột ngoài da". Do đó, chương trình Apollo đành phải dùng hỗn hợp các ống bao cao su và túi nhựa.

Khi Skylab được phóng lên năm 1973, rõ ràng nó cần một nhà vệ sinh đúng nghĩa. Thiết kế cuối cùng táo bạo với ghế nhà vệ sinh được gắn thẳng đứng trên một bức tường tàu vũ trụ, giúp phi hành gia có thể đi vệ sinh như Người Nhện. Để thử nghiệm, NASA đã phải tìm những người tình nguyện có thể "làm việc" trong vòng 20 giây trên máy bay mô phỏng không trọng lực.

Phi hành gia tập luyện trên mô hình nhà vệ sinh

Trên tàu Con thoi (Space Shuttle), nhà vệ sinh được cải tiến nhưng vẫn có những sự cố đáng nhớ. Trong một lần, bộ phận làm nóng bị hỏng khiến nước tiểu đóng băng thành một "tảng băng nước tiểu" khổng lồ bên ngoài tàu. Các phi hành gia đã phải dùng cánh tay robot để gỡ bỏ nó và sau đó phải đi vệ sinh vào túi nhựa đựng tất cũ.

Thách thức cho Sao Hỏa

Việc đi đến Sao Hỏa sẽ nâng những thách thức về nhà vệ sinh lên một tầm cao mới. Vấn đề lớn nhất là độ tin cậy: một nhà vệ sinh không gian là thiết bị phức tạp dễ hỏng, và chuyến đi Sao Hỏa sẽ là nhiệm vụ đầu tiên của NASA nơi một chiếc nhà vệ sinh hỏng có thể giết chết thủy đoàn.

Một vấn đề lớn khác là "sự im lặng" (quiescence). Khi tàu vũ trụ chờ đợi trên quỹ đạo Sao Hỏa trong 700 ngày mà không có con người, hệ thống nước và vệ sinh đứng yên sẽ trở thành mảnh đất màu mỡ cho vi khuẩn và sinh vật phát triển. NASA chưa bao giờ thử nghiệm việc để một hệ thống nhà vệ sinh đứng yên trong hai năm rồi bật lại hoạt động.

Trên bề mặt Sao Hỏa, với trọng lực chỉ bằng 0.38g, việc thiết kế nhà vệ sinh càng thêm khó khăn. Bốn phi hành gia ở lại 700 ngày sẽ để lại ba đến bốn tấn chất thải nguy hiểm. NASA đang đặt mục tiêu cô lập chất thải này trong 50 năm, nhưng một giải pháp khả thi hơn là khử trùng ngay từ đầu thông qua kỹ thuật "rang khô" (torrefaction). Quá trình này làm nóng túi phân đến 200-250°C để biến chúng thành than không mùi, đồng thời thu hồi nước và tạo ra các viên gạch nhựa có thể dùng làm khiên chắn bức xạ cho trạm cư trú.

Đó chính là vinh quang của việc chinh phục Sao Hỏa!