NASA发起太空便便解决方案挑战等你来参与

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（原标题：NASA发起太空便便解决方案挑战等你来参与）

摘要：美国宇航局（NASA）发起了一场征集赛，向社会人士征求尿液，粪便与经血处理系统的解决方案，用于宇航员的舱内宇航服。使用周期要求达到144小时。宇航服内置排泄物处理系统将有助于应对紧急情况或长时任务。排泄物处理系统要求在6天内，在加压的舱内宇航服内部环境处理尿液、粪便和/或经血，同时保证宇航员的安全与健康。解决方案中尿液的收集能力应满足6天内每人每天最大值1L。粪便的收集能力目标值是6天内每天75克固态粪便和75mL液态粪便。经血收集系统的收集量需满足6天80mL的最大值。

在未来3-4年内最可能应用于实际任务的方案将获得NASA的奖励。根据NASA的规则和采购合同的规定，NASA或与获胜者和/或其他参赛者合作。

挑战背景

舱内宇航服用于宇航员的发射和返回过程，可在任何计划外事件中起到保护作用。至今，一位宇航员在发射或着陆过程中一次最多穿着10小时。在此之前，宇航员会穿尿布应对内急。尿布在飞行途中通常作临时使用，会和舱内服一起脱下。

未来的任务或将需要在更长的时段内为穿着加压宇航服的宇航员提供排泄物处理能力。在航天器失压或其他紧急情况中，宇航员可能需要穿着舱内服长期避难（144小时）。宇航员只有不到60分钟的时间穿好并密封宇航服。为了保证宇航员的安全，提供的解决方案不得占用多于5分钟的穿衣时间。在宇航员穿上宇航服后，宇航服内部将保持0.4个大气压（4.3PSID），100%氧气环境，部分任务还需在失压的舱体内完成。在上述环境中，解决方案所提供的系统需要保证不用手便能将人体排泄物引至体外并收集，从而确保宇航员在144小时内安全与健康。

目前已商业化的产品能借助重力将尿液引导至人体外并收集。有些需要双手辅助，多数不能维持144小时。目前没有任何商业产品能提供144小时的粪便处理能力，无论是否需要用到双手辅助。

尽管最终应用的解决方案会在每次任务后丢弃，但仍需保证在6天内多次排尿排便的情况下保持良好运转。

关于在太空中便便...

参加这项挑战，你无需具备失重环境相关领域的工作经验，也无需掌握人体和体液在失重环境下的运作情况。因为我们会将这些情况告诉你：

首先，失重就是大家所说的“零重力”。想象一下真空。在真空环境下，固体，液体和气体与在地球上受引力影响时会有不同的表现。也许你很轻松就能想象出东西在太空中漂浮的样子。是的，有时固体，液体和气体会这样。但是，由于表面张力，它们也有可能附着在最近的物体表面。想想一下在太空中洗澡时，腋下有一团水的感觉。另外，在地球上固体和液体在相互接触时或多或少会混合在一起。在失重环境下可不一定。

至于人体的机能。在太空中当你排尿的时候，没有引力引导尿液离开你的身体。便便的时候也是。没有引力把它从你体内带走。经血？至少一部分会离开你的身体。你一定不会希望那些东西在你的宇航服里游荡。而且别忘了，便便也不一定都是固体，尤其在太空中时，你会由于舱体失压而感到紧张。

你绝不会希望这些固体和液体在身上待6天。如果你照顾过孩子，你就知道尿布疹是多么容易出现。如果置之不理，还会引起危险的感染。你不会希望粪便进入尿道或阴道，那会引起尿路感染或阴道感染。当然，你也不希望他们接触到嘴巴，鼻子，耳朵或者伤口。说这些的点在于？你提供的解决方案必须让这些废物远离身体，远离它们的排泄口和宇航服上的进气出气口。

在过去NASA是怎么处理这个的呢？一方面，他们不需要应付6天这么久。也许就几个小时。最近一次，宇航员穿了一种吸水性极强的成人尿布（事实上，太空中的创新带来了很多日常用到的婴儿尿布产品）。多数情况下，尿布是用来应急的。在这之前，男性宇航员使用尿收集/转换装置（UCTA）和粪便收集系统（FCS）。女性宇航员穿着宇航服时除了成人尿布就没有别的办法了。当没有穿宇航服但位于舱体内时，女性宇航员可以选择3种杯型的尿液收集系统，利用空气有效地将尿液从身体中抽走。不管哪种方法，即使有双手辅助，摆脱这些人体废物一直都是复杂、简陋、不适而脏乱的。现在我们讨论的情况是至少在宇航服内，手是帮不了忙的。

关于宇航服

你设计的解决方案将会作为橘色的改进版宇航员逃生宇航服（MACES）的一部分。MACES和上一代逃生宇航服（ACES）相比，在设计时更适应长时间的任务。

全宇航服内部，包括手套在内，均为0.4个大气压以保证宇航员身体功能正常运转。没有压力的情况下，人体会肿胀，体内循环停止，当然也会极其痛苦。手套通过金属轴与宇航服的袖子相连接，这样能保证良好的密封性。一旦宇航服完成密封，在宇航员进入另一个加压的环境前宇航服都将保持这个状态。宇航服密封后，宇航员无法直接接触自己的身体，连挠鼻子都不行。

空气（100%氧气）从腰部的连接处以每分钟4.5立方英寸的速度注入宇航员与宇航服之间2英寸宽的空间，空气会从腰部另一个连接处循环流通出去，净化后再次注入宇航服。一个网罩会保证颗粒物不进入空气循环系统。如果有颗粒物的话，空气的流通很容易被阻塞。

空气显然是非常宝贵的资源。尽管泄露的情况会失去极少量的空气，解决方案绝不能增加泄漏量。但是每次3分钟的使用时间，每分钟小心使用1000立方厘米（0.01立方英寸每分钟）不会影响宇航服的整体气密性。

宇航服使得宇航员能够在四周移动，穿过狭窄的位置，在长时间内坐下并寄好安全扣。你的解决方案在所有条件下都应是舒适的。

最后，一个最高电压为28V的小电源能在宇航服内外提供低于100mA的电流。

想要了解更多宇航服功能的整体介绍的话，请查看NASA的什么是宇航服以及维基百科上的宇航服条目。关于MACES的具体参数，请点击这里。

针对获胜方案的后续计划

在理想状态下，NASA希望看到一个技术水平至少达到美国防部技术成熟度评级中的4级水平，也就是说相关解决方案可以在1年内进行测试，在3年内完全应用。但是从突破性创新角度考虑，NASA也会考虑那些技术成熟度稍低，应用排期相对更长的解决方案。

根据NASA的规则和采购合同的规定，NASA将考虑与获得第一名的参赛者和/或其他参赛者合作。

奖励

参与挑战在失重环境下长期废物处理的创新方案将有机会获得最高三万美金的奖励。NASA会选出最多3个优胜方案。

NASA会将奖项颁给他们认为最有可能在接下去的3-4年里实测并应用到任务中的方案。

我如何获胜？

候选方案至少满足以下要求：

?能在最少144小时内保持宇航服内尿液和/或粪便远离宇航员
?能在失重环境下使用
?能够在全套舱内宇航服中使用，宇航服内部环境为0.4个大气压及100%纯氧，且在144小时内不能通过手动方式打开
?能在宇航员移动，弯腰和/或坐下并由安全带固定在椅子上时使用
?能在最长6天时间内处理下述三种人体废物中的一种
?能处理每个航天员每天最多1L的尿液（根据任务中计划的液体摄入量计算）
?能处理每个航天员最多75克的固体粪便和75mL的液体粪便（根据任务中计划的食物摄入量计算）。粪便形态可能是固态和液态，但是解决方案不要求处理不可控的腹泻情况。
?能在6天内处理最多80mL的经血液体
?要求在宇航员穿上舱内宇航服之前或同时，可独立完成解决方案的装备并安全固定于身体上，耗时不超过5分钟。
?不论男女，身材与体重在空军ANSUR人体数据库中1%-99%范围内，都可有效使用。
?相关数据请参考下方资源页与本文件，包括但不限于腰围（24.2-43.5），臀围（31.5-46.5），坐姿臀宽（31.5-46.5），腰背部（15.4-22），腰深（5.9-11.8）。

解决方案需包括但不限于以下功能：

?针对尿液/粪便/经血和男性/女性和身材/体重的不同情况应用不同的处理系统
?所有硬件都集成在一件衣服内便于穿着
?收集的尿液和粪便可以储存在宇航服内或宇航服外，允许每个宇航员自由选择

评委会会从以下几个方面对合格的方案进行打分：

评分项，描述，分值（原文为表格）

设计的合理性和技术层面成熟度；解决方案按描述在最低风险下满足最低要求的可能性，包括设计的TLR评分；20
空气节约程度；有效保证对宇航服内空气的节约使用；10
健康与安全；解决方案为宇航员提供的健康安全水平，包括干燥度，避免疼痛感染和永久伤害；15
宇航服完整性；有效保证宇航服的完整性，包括要求的（装卸点）的数量；15
装备速度；在五分钟内装备完毕的简易度和可行性；10
使用的简易性/限制条件；从使用中的限制条件判断使用的简易性，例如需剃净毛发，对排泄时间的限制，要求靠近某特定技术等；10
舒适度；宇航员使用该解决方案时生理，情感，心理上的舒适度，使用情景包括穿着，走动，坐下和固定时；10
适配性；与现有宇航服和舱体适配的简易度；5
其他优点；评委发现的或选手提出的不符合上述类别的优点，可以包括评委的偏好，例如简洁度；5

参赛资格

奖项对18岁及以上的个人，私人团体，公共团体，大学社团开放。只要美国政府没有禁止参加，个人参赛者和团体可以来自任何国家。NASA员工，政府承包商，或受雇于政府承包商可能被禁止参加。

所有申请都需用英文提交。所有与挑战相关的沟通都将用英文进行。