设备要求

载人航天器上的废物收集和处理系统，应结构简单、操作简便、符合人的行为准则和习惯，使航天员在生理上和心理上均可接受;要消除和控制臭味、剌激性气味、细菌微生物和其他悬浮微粒进入座舱;要尽可能避免手动操作，确保系统工作的安全可靠。在生命保障系统中它是一项难度较大的关键技术。开展这项工作，涉及到微重力下人、机界面关系的理论研究和设计;涉及微重力下物质相行为变化的分析和相分离技术的理论研究，并要解决相应设计问题;需要建立基本的地面微重力模拟试验条件，以开展必要的模拟试验。1

国外发展概况

随着载人航天飞行时间的延长，人数的增多，座舱容积的扩大以及环境要求的提高，废物收集和处理技术作了不断的改进和发展。

美国载人航天器的废物收集和处理技术发展，大致可分为两个阶段:“水星”“双子星座”“阿波罗”飞船为其第一阶段;从“天空实验室”空间站开始为其第二个阶段。

第一阶段，因飞行时间较短，座舱中容积较小采用较简单的大、小便废物收集和处理技术。

“水星”飞船为1人28小时的飞行任务，仅用一个附着在航天服内的小便收集系统，在整个飞行过程中一直是穿戴在身上的，靠直接接触密封。要进行便溺时，航天员连接快速断接器，操作手动排尿装置，产生尿的输送压差，使尿从附着有服装内层的收集袋输送到贮存袋。小便完后，快速断接器脱开，将尿袋放入贮存容器中，带回地面。实际使用中发现，因手动操作产生压差太大，在尿的输送过程中产生泄漏现象。由于飞行时间短。没有必要进行大便收集(一般在航天飞行前三天，航天员吃低残渣食物）。但以防万一，还是准备了一个大便收集袋。

“双子星座”飞船的乘员为2人,最长飞行时间14天。其小便不能完全贮存带回地面，要定期地排到舱外去。在飞船的发射和返回阶段，采用了“水星”飞船上用过的办法。“双子星座”飞船Ⅱ、Ⅳ号的航天员排尿时，操作“皮老虎”，提供小便输送负压差，使小便进入“皮老虎”贮尿箱，然后排到舱外去。使用中发现，手动操作“皮老虎”的伸张与小便的速率不易协调一致，往往需要别的航天员帮助才能完成。同时系统还产生返流和泄漏现象。因此，从“双子星座”飞船Ⅴ号开始进行了改进。在小便收集器上加上一个单向阀，防止尿的返流。小便时，尿通过手动控制阀进入容量为800ml收集袋。而后，关闭手动控制阀，接通快速断接器，将尿排到舱外。最长飞行为14天，大便收集是必不可少的。采用一个软塑料收集袋，在袋的开口端表面有粘胶，以便在使用时保持良好的接触密封。大便后，将袋口密封，把预先放在袋中杀菌剂搓和在大便中，存放在废物箱中。1

“阿波罗”飞船的大小便收集和“双子星座”飞船基本一样。其出舱活动和应急飞行时使用特制的大小便收集装置。用来进行大便收集的弹性短裤的臀部处敷有吸湿良好的衬垫，它可吸收大便中的湿气，臭气进入航天服通风循环回路后被消除。穿着这一短裤前，在臀部周围涂摸油膏，防止大便与皮肤直接接触。小便收集装置的最大贮存容积为950ml。尿收集后，可通过右大腿处断接器排到废水箱。

上述三个型号飞船的大小便收集系统的显著缺点是:收集装置要与人体长期直接接触;要手动操作，既费时间，又增加航天员的心理负担，还容易污染座舱空气。实际上，正是水星、双子星座等飞船废物收集系统所发现的问题和取得的经验，促进了美国后续载人航天器废物收集和处理分系统的变在天空实验室上采用了崭新的废物收集装置。它与前面所介绍的方法几乎没有什么联系，在使用上接近于地面的习惯方法。这就是它的第二个阶段。

在天空实验室上，首次采用气流进行大、小便的输送和离心式相分离方法。小便是用一个漏斗状小便收集器(见图1-a)收集，在收集时所形成的尿和空气混合流体，在离心式气、液分离器中进行分离。尿被送到废水箱。空气经杀菌、过滤后仍送回座舱。大便是在气流作用下(见图1-b)送入一个带微孔的收集袋。气体经袋壁微孔排出，过滤后，由风机送回到座舱，而固体和液体留在袋内。便后，手工将袋密封，经真空干燥灭菌处理后，带回地面。大小便的收集过程实现了半自动化。航天员消耗精力较少，使用是满意的。1

基于天空实验室的技术和经验，在航天飞机上又进行了改进和完善,基本上实现了自动化操作。它除了能收集和处理男、女航天员的大小便外，还能收集从个人卫生设施来的洗涤水，从舱外活动装置来的废液，以及从垃圾筒来的湿汽。整个系统如概述图所示。

航天员要进行大小便时，首先开动离心式液、气分离风机，抽座舱气体进入大小便收集器，在一定气流作用下，使大小便与人体分离，并进行输送。大便送入便桶后，在桶内转动的抛掷装置作用下，将大便及卫生纸等撕碎,并使其铺平在桶内壁。从大便桶内出来的湿汽，以及从小便收集器来的液气混合流体，进入离心式气液分离器。气、液被分离后，液体排到废水箱，定期排到舱外;气体经灭菌过滤后送回到座舱。在两次大便之间,大便桶与舱外真空环境相通。使大便干燥，抑制细菌微生物生长。1

苏联在小狗上天的生物卫星上，就采用气流输送法进行狗的大、小便收集和处理。苏联第一代载人飞船——“东方号”只装了尿收集系统。图3是后续载人飞船上所用的大、小便收集结合在一起的废物收集系统。它在尿的收集系统中加上大便收集桶，构成全套废物收集系统。它的工作特点是:大、小便的收集均用气流输送;小便是用吸湿材料吸附，实现气液分离，大便用透气不透液体的收集袋收集并贮存。这是一种较为简单而实用方法。1

主要问题

航天器是一个特殊的人造环境，在收集废物过程中主要会受到以下三方面问题的影响。

微重力