排泄物封じ込めシステムの問題点

宇宙飛行士が宇宙で使用する施設の設計は、最も基本的な考慮事項の 1 つです。なぜなら、どこかに長時間滞在する人は誰でもトイレを使用する必要があるからです。しかし、これは想像以上に複雑です。アポロ時代の宇宙船の基本的なシステムがスペース シャトルの実用的なトイレに置き換えられたとき、NASA は宇宙に行くことがいかに困難であるかを知りました。軌道上では重力が役に立たないからです。

アポロ時代、宇宙で排便するのは厄介で不快なことだった。しかし、マーキュリー計画の宇宙飛行士にとっては大きな問題ではなかった。彼らの飛行は短距離で、尿収集システムで十分だったからだ。それでも、彼らは、飛行中に排便の必要性と固形廃棄物を最小限に抑えるために考案された、いわゆる「低残渣」食を与えられた。ジェミニ計画とアポロ計画の宇宙飛行士も同様の食生活を与えられたが、ミッションは最長 2 週間に及ぶため、飛行中に排便しないわけにはいかなかった。その解決策は粗雑なものだった。開口部の周りに粘着剤が付いた大きなチューブ状のビニール袋を宇宙飛行士が裸の臀部に貼り付けるというものだった。特別な「指チューブ」を使うと、宇宙飛行士は皮膚に触れることなく排泄物を除去できる。排泄物封じ込め袋にティッシュとウェットティッシュを入れて拭いた後、宇宙飛行士は殺菌剤の入った袋を袋の外側から押しつぶして潰します。袋は一度密封すると、ミッション中は保管されます。宇宙船から固形の排泄物を安全に排出する方法はありません。月面では、宇宙飛行士は急に用を足したくなったときのためにおむつを着用していましたが、誰もそれを使うことはありませんでした。

アポロ飛行では、宇宙飛行士が排泄物封じ込めシステムを使って全裸になり、服に排泄物が付くのを防ぐのが一般的だった。宇宙船内には新鮮な空気がなかったため、乗組員はできるだけ宇宙飛行士から遠ざかろうとした。開始から清掃まで、この行為全体が完了するまでに最大 1 時間かかることもあった。

袋、指チューブ、殺菌剤ポーチからなるこの排泄物封じ込めシステムに比べると、NASA がスペースシャトルで初めて導入したトイレは豪華なものでした。

1978年からNASAの宇宙飛行士団が女性も含め拡大したため、トイレは男性と女性の両方のニーズに対応する必要があった。アポロ時代の尿収集システムはコンドームのような袋で尿を貯蔵袋に移すか、宇宙船の側面から排出するものだったが、女性には使えなかった。その結果、重力ではなく空気の流れを利用して排泄物を分離する標準的なトイレに近づいた。

宇宙飛行士は（微小重力下では可能な限り）加圧された便器に座り、排尿または排便する。便器内には高速の空気と高速の「スリンガー」があり、排泄物を集めて便器のボウルの側面に押し出す。そこからファンが強力な気流を発生させて液体と固形の排泄物を分離し、前者は船外に投棄され、後者は宇宙空間にさらされて真空乾燥され、その後船内に保管される。システム全体は、一連のポンプ、ファン、モーターが完璧に調和して動作することに依存していた。また、かなりのメンテナンスが必要だった。乗組員は毎日水で掃除し、臭いが問題になった場合は臭気フィルターとバクテリアフィルターを交換する必要があった。

NASA の最初のシャトル ミッションである STS-1 では、尿収集システムはうまく機能しましたが、排泄物封じ込めシステムは不十分でした。結果はさまざまで、乗組員間だけでなく、個人の使用法によっても異なりました。

浸水した活性炭フィルターとファンによって気流に問題が生じ、臭気フィルターとバクテリアフィルターが破壊されました。システム全体としては廃棄物を収集して保持することができず、気流の問題により液体と固形物を分離することができませんでした。ミッション終了時にはトイレが使用不能になるほどすべてが詰まってしまいました。幸いにも、アポロの尿と便の封じ込めシステムがバックアップとして搭載されていました。

しかし、STS-1 の問題は他にもありました。宇宙の真空にさらして排泄物を真空乾燥すると、排泄物の粉塵が発生する傾向があり、システム全体が完璧に機能しないと、排泄物が換気システムに入り込み、キャビン全体に排泄物の粉塵が広がる可能性があります。STS-1 の再突入時にまさにそれが起こりました。粉塵が環境制御システムに入り込み、少量がメインキャビンに入りました。危険なのは、この物質が宇宙飛行士の目、鼻、喉など、基本的に人体の湿った部分に触れると、再び固まってしまうことです。そして、言うまでもなく、それはすぐに非常に深刻な問題になる可能性があります。

STS-1 の乗組員は問題なかったが、トイレが使用者の体から排泄物を分離するのにあまり役立たないというトラブルを報告した。STS-1 の後、システムは軌道船から取り外され、改修と全体的な変更のために請負業者に返却された。

STS-2 の打ち上げ前には、宇宙臭気およびバクテリアフィルターの追加や浸水の可能性を抑えるためのメンテナンス手順の変更など、システムに変更が加えられました。しかし、便器内部のモーター機構の問題により、問題は解決されませんでした。

最終的に、簡素化され再設計されたシステムは、1984 年 11 月に打ち上げられ、着陸した STS-41D ミッションで飛行しました。スリンガー/モーター アセンブリは完全に取り外され、排泄物による粉塵の発生が効果的に排除され、システム全体の騒音とエネルギー使用量が削減されました。この変更により、システムの使用と保守も容易になり、どちらも宇宙飛行にとって利点となりました。

宇宙トイレとそれに関連するシステムは、シャトルの最初の飛行で問題が生じた時から進化を続けている。現在、国際宇宙ステーションでは、尿は濾過システムで処理されて飲料水に変換される一方、排泄物は通常圧縮されてゴミとともに投棄され、大気圏で燃え尽きるにまかされている。

STS-1 で浮遊する糞便塵の話を教えてくれた Mike Allyn に感謝します。情報源/参考文献: John Tribe 口述歴史インタビュー、STS-1 異常報告、STS-1 ミッション報告、アポロ CSM ロジスティクス トレーニング マニュアル。