宇航员在太空船里排出的尿液会怎么处理?
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发布时间：2022-05-04 11:24
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时间：2022-06-21 11:16
在现代化设施的国际空间站上，宇航员上厕所和洗澡依然不太方便，空间站上使用一种漏斗装置吸住宇航员的排泄物，当然在上厕所的时候宇航员需要把身体固定，不然失重环境中实在不好控制。排泄物被收集到空间站或者飞船上专用装置中，如果是尿液，还需要通过专门的设备循环利用，转化为饮用水。
据了解，1961年5月5日，美国宇航局宇航员艾伦·谢泼德准备执行第一次载人飞船的发射，在“自由7号”的太空舱中的谢泼德却出现尿急的情况，美国宇航局的工程师在设计任务时并没有考虑到解手的问题。
因为本次飞行时间很短，理论上可以避免这个问题，但是发射被推迟了，谢泼德通过无线电喊道：伙计，我真的要上厕所了。针对这个情况，NASA的工程师丝毫不敢怠慢，最终谢泼德只好在宇航服中解手。
航天员上厕所的方法
在飞船/空间站里面一般有厕所的，专用的负压抽气马桶，航天员上厕所时必须坐在精心设计的马桶上。两脚先放进固定的脚套里，腰间用座带绑好，用手扶着手柄。坐在上面如厕的同时下面就在吸，确保颗粒不会悬浮飘散，液体会进过滤系统，固体废物吸进塑料盒里。
每解一次，就会更换一个盒，这些盛着粪便的塑料盒会在航天员进行太空出走时用特殊方式消化在太空。如果是小便，也是利用抽气机，将其吸进一个特别形状的杯子里，经过橡皮管灌进地板下的污水池里。
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时间：2022-06-21 11:17
不仅仅只是简单的变成“雪”，而是先“烧”开了。这样的问题其实并不复杂，并且可以在地球上实验证明。我们会有这样的问题主要是因为我们平常都生活在一个“天然气罐”里（一个标准大气压下，101kPa），我们把“气罐”里经常发生的事情称作常识，例如：水烧开需要达到100摄氏度，因此会惯性的得到水放在太空中会结冰，因为水放在冰箱里会结冰，而太空我们并没有去过，太多数看到听到的都是“寒冷的太空”。
不平凡的地球与特殊的水
经过几十年我们对宇宙的探索，我们发现与地球情况相同的星球在宇宙中并不多见。我们发现水是生命之源，苦苦的寻找液态行星，然而至今都没有找到一颗可以与地球媲美的行星。
图：太阳系宜居带
首先它所处的位置需要在星系中的宜居带上，通俗的说就是不能离星系中的恒星太远或太近，太远温度太低水会结冰，太近温度太高水会被“烤”干。如果把太阳系比作一个足球场，宜居带的宽度就像我们用刻刀在球场刻上一条线那么窄。即使行星处于宜居带中也并不代表会有液态水。金星处于宜居带，然而却是一个炼狱，天空中下着硫酸雨。火星处于宜居带，但却一片荒芜，就像地球上的沙漠。
因此，地球上我们所认为的常识，放到宇宙中并不适用。好在科学家发现了一条公理，这条公理和我们上述所说的存在一定的矛盾，但又不矛盾。天文学第一性原理：人类和地球在宇宙中一点都不特殊。
不特殊源于宇宙的浩瀚，哥白尼发现宇宙并非地球得中心，地球在宇宙中连一粒尘埃都算不上，尘埃又何以特殊呢。而后来开普勒的三大定律，牛顿的万有引力都一次次告诉了人类，地球的确不特殊，因为我们在地球上发现的一切物理性质在宇宙中都适用，或者说宇宙中的任意一个角落物理性质都是相同的。
水在宇宙中同样会通过相同的物理过程结冰成固体，会变成气体，不同的是条件不同，变化的窗口期不同。而之所说地球特殊在宇宙中并不容易找，是因为水的状态很特殊，水分子H2O的物质在宇宙中非常多，但是成为水窗口期非常小。
温度与压强
图：参宿七耀眼的蓝光
宇宙中得最高温度为恒星参宿七蓝色超巨星的1.13万度，最低温度则是布莫让星云的零下272度。区间跨度如此之大，在想想地球上50多度，到零下80几度区间，就是在这个微小的区间下，水也是不一样的，因为压强也会影响水的状态。
如果我们烧壶开水，放到保温瓶中，保证水短时间内能保持在72度以上，当你把水瓶带到珠穆朗玛峰峰顶，在拧开水壶的一瞬间，你会感受有一股力想把瓶盖推开，并且水会沸腾。
图：水分子不同压强下与不同温度下的状态关系
弹开盖子的力是因为珠穆朗玛峰海拔高，空气稀薄，气压较低，密闭的保温瓶内压强大，沸腾同样是因为压强低，水分子受更容易挣脱压力得束缚，所以我们经常说青藏高原煮饭会煮不熟，最好是用高压锅来做饭。理解了这些，太空中的问题就好理解了。
答案与实验
我们知道太空是寒冷的，更关键的是太空还是接近于真空的，简单理解就是如果珠穆朗玛峰压强很低，那么太空中就是无限低。那么水究竟会因为压强低沸腾，还是因为温度低而结冰呢？答案是两个都会发生，只不过先后顺序不一样。
图：液态水分子运动
当宇航员掏出一杯水（忽略掏出过程），当这杯水置于太空中的第一时间会立刻剧烈沸腾，因为真空情况下没有任何压力能把水分子聚集在一起，结合成水。而温度的传导需要一定时间，虽然这个时间也极短，但是远没有水本身水分子感受到分子间碰撞来的快。
当水沸腾后，就会分散开来，形成孤立的、气态的水分子。面对这个超级寒冷的的环境，它们会立即冰冻，更准确的说是去升华，转变为冰晶。
图：美国宇航局在轨道上测试水动力航天器
因此，飞船中的尿液排到太空中，发现尿液瞬间沸腾，然后变成一团小小的固态的冰晶是一个真实的故事。
这个过程并非只能像一系列太空实验一样远观，我们在地球上就可以体会这个过程。在冬天，寒冷的地方，我们可以将一壶水烧开，然后泼到空中，你就能体会到你自己制造的“雪”。这就是在太空中的水会先沸腾成水蒸气，然后结成冰晶的答案。
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时间：2022-06-21 11:17
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时间：2022-06-21 11:18
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时间：2022-06-21 11:18
