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宇宙トイレまたは無重力トイレは、無重力環境で使用できるトイレです。重量がないため、気流を利用して液体および固形の排泄物の収集と保持が行われます。排泄物を誘導するために使用される空気はキャビンに戻されるため、臭いを抑えて細菌を浄化するために事前にフィルター処理されます。古いシステムでは、廃水は宇宙に排出され、固形物は圧縮されて保管され、着陸時に除去されます。より現代的なシステムでは、固形排泄物を真空圧にさらして細菌を殺し、臭いの問題を防ぎ、病原菌を殺します。[1]
背景
宇宙飛行士は、宇宙でどうやってトイレに行くのかと最も頻繁に尋ねられると言います。[2]宇宙では、無重力のため、体液が人体の周囲に均一に分布します。腎臓が体液の動きを感知し、生理的反応により、人間は地球を出発してから2時間以内に排泄する必要が生じます。そのため、宇宙トイレは、宇宙飛行士がシートベルトを外した後、シャトル飛行中に最初に作動した装置でした。[3]
機構
宇宙トイレは、無重力状態では、空気の流れを利用して尿や便を体から適切な容器に吸い込みます。宇宙トイレの新機能は、便器の蓋を開けると自動的に空気の流れが始まることです。これは、臭いの抑制にも役立ちます。宇宙飛行士の要望により、より人間工学的な設計となり、清掃やメンテナンスの時間が短縮され、腐食に強く耐久性のある部品が使用されているため、設定されたスケジュール外のメンテナンスの必要性が減ります。配管に費やす時間が減れば、乗組員は科学研究やその他の優先度の高い探査に重点を置いたタスクに費やす時間が増えます。[4]
乗組員は、排尿には特殊な形状の漏斗とホース（吸引カップ）を使用し、排便には便座を使用します。女性宇宙飛行士からのフィードバックを反映して、漏斗と便座は同時に使用できます。宇宙トイレの便座は、小さくて尖っていて不快に感じるかもしれませんが、微小重力下では理想的です。便座は、すべての排泄物が適切な場所に確実に行き渡るように、理想的な身体接触を提供します。[4]
宇宙トイレには、宇宙飛行士が浮き上がってしまわないように足止め具と手すりが備え付けられている。トイレに行くときの姿勢は人それぞれで、宇宙飛行士からのフィードバックでは、従来の太ももストラップは面倒だという意見が一貫していた。[4]
トイレットペーパー、ワイプ、手袋は防水袋に入れて廃棄されます。個々の防水袋に入れられた固形廃棄物は、取り外し可能な排泄物貯蔵容器に圧縮されます。少数の排泄物貯蔵容器は評価のために地球に持ち帰られますが、大部分は貨物船に積み込まれ、地球の大気圏に再突入する際に燃え尽きます。現在、排泄物は水回収のために処理されていませんが、NASA はこの能力を研究しています。[4]
基本パーツ
宇宙トイレには、液体廃棄物真空チューブ、真空チャンバー、廃棄物保管引き出し、および固形廃棄物収集バッグという 4 つの基本的な部品があります。液体廃棄物真空チューブは、真空チャンバーに取り付けられ、吸引を提供するファンに接続された、長さ 2 ～ 3 フィート (61 ～ 91 cm) のゴム製またはプラスチック製のホースです。チューブの端には取り外し可能な尿容器があり、男性用と女性用のさまざまなバージョンがあります。男性用の尿容器は、幅 2 ～ 3 インチ (5 ～ 8 cm)、深さ約 4 インチ (10 cm) のプラスチック製の漏斗です。男性宇宙飛行士は、2 ～ 3 インチ (5 ～ 8 cm) 離れた場所から漏斗に直接排尿します。女性用の漏斗は楕円形で、縁の幅は 2 x 4 インチ (5 x 10 cm) です。漏斗の縁の近くには、過度の吸引を防ぐために空気の流れを可能にする小さな穴またはスリットがあります。真空チャンバーは、深さ約 1 フィート (30 cm)、幅約 6 インチ (15 cm) の円筒形で、縁にクリップがあり、ここに廃棄物収集バッグを取り付けることができます。また、吸引用のファンも付いています。尿はポンプで汲み上げられ、廃棄物保管用の引き出しに保管されます。固形廃棄物は、ガス (液体や固体は除く) を逃がす特殊な生地でできた取り外し可能なバッグに保管されます。この機能により、真空チャンバーの背面にあるファンが廃棄物をバッグに引き込むことができます。作業が終わったら、宇宙飛行士はバッグをひねって廃棄物保管用の引き出しに入れます。尿と固形廃棄物のサンプルは凍結され、地球に持ち帰って検査されます。
デザイン
スペースシャトル廃棄物収集システム
スペースシャトルで使用されているトイレは、廃棄物収集システム（WCS）と呼ばれています。空気の流れに加えて、回転ファンを使用して、飛行中の保管用に固形廃棄物を分配します。固形廃棄物は円筒形の容器に分配され、その後、真空にさらされて廃棄物が乾燥します。液体廃棄物は宇宙に排出されて処分されました。[6] [引用が必要]
WCS には何時間もの訓練が必要だった。排尿にはホースが使われた。排便には、便座の穴の直径が 4 インチ (100 mm) と従来のトイレよりはるかに小さいため、使用者のお尻が便座の真ん中に正確に置かれなければならなかった。NASA は穴にビデオカメラを取り付けたシミュレーターを製作し、訓練生は十字線を使って体の位置を学習し、他の宇宙飛行士はそれを見て冗談を言った。[7] [2]
WCSは飛行中に数回故障した。8日間のSTS-3試験飛行ではトイレが故障し、2人の乗組員（ジャック・ルースマとゴードン・フラートン）は排泄物の除去と処分に排泄物収容装置（FCD）を使用した。[要出典]ディスカバリー号の処女飛行中に液体処理システムに異常が発生したため、オービターの外側に凍った排泄物が溜まり、カナダアームによって除去された。[6] STS-46ではファンの1つが故障し、乗組員のクロード・ニコリエが飛行中メンテナンス（IFM）を行う必要があった。
国際宇宙ステーション
国際宇宙ステーションには、ズヴェズダ、ナウカ、トランクウィリティの各モジュールに3つのトイレがあります。[8]これらは、スペースシャトルのWCSに似たファン駆動の吸引システムを使用しています。液体廃棄物は20リットル（5.3米ガロン）の容器に集められます。固形廃棄物は個別の微細穴あきバッグに集められ、アルミニウム容器に保管されます。[9]いっぱいになった容器はプログレスに送られ、処分されます。追加の廃棄物および衛生区画は、2010年に打ち上げられたトランクウィリティモジュールの一部です。2007年、NASAは自社でトイレを開発するのではなく、ISSにすでに搭載されているものと似たロシア製のトイレを購入しました。[10]
2008年5月21日、ズヴェズダの7年物のトイレのガス・液体分離ポンプが故障したが、固形廃棄物部分はまだ機能していた。乗組員はさまざまな部品の交換を試みたものの、故障した部分を修理することはできなかった。その間、彼らは尿の収集に手動モードを使用した。[11]乗組員には他の選択肢があった。ソユーズ輸送モジュールのトイレを使用するか（使用容量は数日分しかない）、必要に応じて尿収集バッグを使用するかだった。[12]交換用のポンプはロシアから外交ポーチで送られ、スペースシャトルディスカバリーが6月2日のミッションSTS-124の一環としてステーションに持ち込むことができた。[13] [14] [15]
その他のデザイン
ソ連/ロシアの宇宙ステーション「ミール」のトイレもWCSに似たシステムを採用していた。[16]
ソユーズ宇宙船は1967年の導入以来（軌道モジュールの追加スペースのため）機内トイレ設備を備えていたが、ジェミニおよびアポロ宇宙船では宇宙飛行士はいわゆる「排泄チューブ」に排尿する必要があり、排泄物は特別に設計された袋に集められた。[17]設備は非常に不快であったため、宇宙飛行士はそれを使わないようにするために、飛行中に提供される食料の半分以下しか食べなかった。[18] 1973年5月から1974年3月までNASAが使用したスカイラブ宇宙ステーションには機内WCS設備があり、シャトルのWCSのプロトタイプとして機能したが、機内シャワー設備も備えていた。スカイラブのトイレは、ロングアイランドのフェアチャイルド・リパブリック社によって設計・建設されたもので、主に宇宙飛行士のカルシウムバランスを研究するために、尿、大便、嘔吐物のサンプルを採取して地球に持ち帰る医療システムだった。
このような設備があっても、両打ち上げシステムの宇宙飛行士は、排便の必要性を最小限に抑えるために、打ち上げ前の腸洗浄と低残渣食を採用している。[19]ソユーズのトイレはミールからの帰還ミッションで使用された。[16]
NPPズヴェズダは、無重力トイレを含む宇宙機器を開発するロシアの企業です。[20]
NASAは、オリオンと国際宇宙ステーション向けに、2,300万ドルをかけて次世代の宇宙トイレ「ユニバーサル廃棄物管理システム（UWMS）」を開発している。 [21] [22] UWMSは男性だけでなく女性にも特別に設計された初の宇宙トイレで、女性にとっても、また同時に大便と小便にも宇宙トイレを使用することが容易になる。従来のシステムよりも、完全に自動化され、より静かで、より軽く、より信頼性が高く、より衛生的で、よりコンパクトになるよう設計されている。[21] [23]その革新的技術の中には、トイレ内で尿を処理するために使用される酸に耐えることができるインコネル、エルジロイ、チタンなどの金属を組み込むために3Dプリント技術を活用しているものがある。 [23] UWMSは2020年10月に初めてISSに運ばれた。[24]
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ソユーズ宇宙船のトイレ装置 -
スペースシャトルのトイレ -
宇宙ステーション「ミール」でロシアの宇宙トイレが使用される -
MOLに搭載されるトイレの模型 -
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米国の研究所から移設されたノード3内の宇宙トイレ -
ISSユニバーサル廃棄物管理システム
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参照
ウィキメディア・コモンズには、宇宙トイレに関連するメディアがあります。
参考文献
- ^ 「Gigapan: スペースシャトルディスカバリー号のトイレ」ナショナルジオグラフィック。ナショナルジオグラフィック協会。2013年9月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年9月8日閲覧。
- ^ ab シャトルのトイレには特別な訓練が必要 ( YouTube ). NASA. 2010年5月5日. 2021年12月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Walker, Charles D. (2005年3月17日). 「オーラルヒストリー2トランスクリプト」(PDF) . NASAジョンソン宇宙センターオーラルヒストリープロジェクト(インタビュー) . インタビュー: Ross-Nazzal, Jennifer . 2011年12月29日閲覧。
- ^ abcd Elburn, Darcy (2019年8月2日). 「Boldly Go! NASAの新しい宇宙トイレ」NASA . 2022年2月7日閲覧。
この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ NASA (2001 年 11 月 15 日)。「構成変更と認証ステータス - シャトル尿前処理アセンブリ」(PDF)。STS -108 飛行準備レビュー。2004年 11 月 8 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2006年12 月 28 日閲覧。
- ^ ab “35年前：STS-41D – スペースシャトルディスカバリー号の初飛行 - NASA”. 2019年8月30日. 2023年12月16日閲覧。
- ^クロフト、メルビン 、ユースカスカス、ジョン（2019）。私たちと一緒に飛んでください：NASAのペイロードスペシャリストプログラム。アウトワードオデッセイ：宇宙飛行の民衆の歴史。ネブラスカ大学出版局。p。15。ISBN 9781496212252。
- ^ Cheryl L. Mansfield (2008年11月7日). 「宇宙ステーション、乗組員増員に備える」NASA . 2009年9月17日閲覧。
- ^ Lu, Ed (2003年9月8日). 「HSF – 国際宇宙ステーション – 「地球人のみなさん、こんにちは」」。2003年9月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2006年12月21日閲覧。
- ^ Fareastgizmos.com (2007 年 7 月 6 日)。「宇宙ステーションのトイレに 1,900 万ドル」。2007 年7 月 9 日閲覧。
- ^ 「宇宙ステーションのトイレトラブル」BBCニュース2008年5月29日2010年1月4日閲覧。
- ^ 「宇宙ステーション、不具合のあるトイレに苦戦」NBCニュース、2008年5月27日。
- ^ 「宇宙飛行士が宇宙ステーションのトイレを修理」。2008年9月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「ISS – ズヴェズダのバスルームの修理と乗組員のためのシャトルの準備」。2012年7月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「宇宙ステーションのトイレ部品、打ち上げに向けて準備完了」RedOrbit 2008年5月29日
- ^ ab シャトルワース、マーク（2002年2月9日）。「トイレトレーニング」。宇宙に飛び立った最初のアフリカ人。 2006年12月28日閲覧。
- ^ Sandra Häuplik-Meusburger:宇宙飛行士のためのアーキテクチャ: 活動ベースのアプローチ。 Springer、2011、ISBN 978-3-7091-0666-2、Hygiene Apollo – トイレットの履歴書、p. 134–137。
- ^ Bourland, Charles T. (2006年4月7日). 「Charles T. Bourland」. NASAジョンソン宇宙センター口述歴史プロジェクト(インタビュー). インタビュー: Ross-Nazzal, Jennifer . 2014年12月24日閲覧。
- ^ 「Low Residue Diet」 Buzzle.com 2011年12月15日。2008年4月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年5月24日閲覧。
- ^ “Assenisation Sanity Unit ASU-8A”. Zvezda-npp.ru. 2012年2月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年5月24日閲覧。
- ^ ab James L. Broyan Jr.、Michael K. Ewert、Patrick W. Fink (2014年8月4日)。「探査ミッションのための物流削減技術」(PDF) 。NASA。 2014年10月6日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2014年9月28日閲覧。
- ^ Grush, Loren (2020年10月1日). 「NASAは改良された微小重力トイレを国際宇宙ステーションに打ち上げようとしている」The Verge . 2020年10月3日閲覧。
- ^ Thomas J. Stapleton、Shelley Baccus、James L. Broyan Jr. (2013年1月1日)。「ユニバーサル廃棄物管理システムの開発」(PDF)。NASA。2014年10月6日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2014年9月28日閲覧。
- ^ メリッサ・マッキンリー、メリッサ・ボレゴ、ジェームズ・リー・ブロヤン・ジュニア（2022年7月10日）。「NASAのISSにおけるユニバーサル廃棄物管理システムおよびトイレ統合ハードウェアの運用 - 問題、変更、成果」（PDF） 。 2024年2月7日閲覧。