ハクソク

世界を動かす技術を、日本語で。

宇宙のトイレについて話しましょう

26日前原文(mceglowski.substack.com)

概要

  • 宇宙での排泄は極力避けるのが伝統的な戦略
  • 初期の宇宙船トイレは非常に原始的で、不快な体験が多かった
  • 重力のない環境での排泄には独自の技術と工夫が必要
  • ISSでは尿の再利用技術が進化したが、便処理は依然として課題
  • 火星ミッションでは更なる信頼性と新システムが求められる

宇宙飛行士の「ローレジデュ」朝食と排泄回避戦略

  • 宇宙飛行士の伝統的な朝食である ステーキと卵 は、宇宙での排泄を極力避けるための 「ローレジデュ」（低残渣） 食
  • SoyuzやCrew Dragonなどのカプセルには簡易トイレがあるが、 薬・食事・経験則 を駆使して使用回数を最小化
  • Crew Dragonのようなカプセルでは 2日以上 かけてISSに到着するが、トイレはできるだけ宇宙ステーション到着後まで我慢
  • Gemini 7のFrank Bormanは 9日間排便を我慢 した記録を持つが、後のApollo 8では宇宙酔いでトイレシステムの限界を露呈
  • Apollo時代のトイレ環境は 「3人用仮設トイレ」 のようなもので、排泄処理には1時間近くかかることも

重力と地上トイレの恩恵

  • 地上のトイレは 重力 のおかげで快適かつ衛生的
    • 体を便座に押し付けて安定した姿勢を保てる
    • 排泄物が重力で 体から離れる
    • 汚物は水で隔離され、臭いも遮断
  • 無重力下では 3つの役割すべて に代替手段が必要

宇宙トイレの技術と課題

  • 姿勢保持には 手すり・太ももバー・フットレスト など複数オプションを用意し、個人ごとに最適化
  • 排泄物の分離は 空気吸引 で実施
    • トイレの開口部は4-6インチと狭く、正しい姿勢が重要
    • ファンの音が大きく、宇宙船内でも騒がしい
  • 汚物の隔離と臭い対策は依然として難題
    • 尿は抗菌剤と混ぜてタンクへ吸引
    • 便は 通気性バッグ に入れ、さらにシリンダーで圧縮・密閉
    • 臭いは完全に防げず、ISSでの食欲不振の一因ともされる

初期の宇宙トイレ設計と改良

  • Apollo時代のトイレ設計案には 真空式 もあったが、宇宙飛行士は拒否
  • Skylabでは 壁に垂直設置されたトイレ を開発、無重力下での実験には「20秒で排便できる被験者」が必要だった
  • Skylabの成功を受け、Space Shuttle用トイレも開発
    • 正しい姿勢の練習には カメラ付きモックアップ を使用
  • Shuttleでは尿が外部で凍って「 urinecicle」ができるトラブルも発生
    • トイレ容量オーバー時には 逆流 で船内が便粒子で汚染される事故も

ISSと現代の宇宙トイレ事情

  • ISSでは 尿の再利用システム が進化し、現在は水分の約98%を回収可能
  • 尿処理装置は骨量減少による カルシウム増加 で詰まるトラブルも経験
  • 便処理は依然として Skylab時代の密封バッグ方式
    • 使用済みバッグはDragonやSoyuzで地球へ廃棄
  • NASAは 入念なデータ収集 を実施、排尿回数や排便量の個人差も把握
    • 宇宙での排便は地上より多くの ワイプ・ティッシュ・鏡 が必要

火星ミッションと今後の課題

  • 火星への長期ミッションでは トイレの信頼性 が生死を分ける
  • 火星表面滞在用と宇宙船内用で 2種類のトイレシステム が必要
  • 700日間の無人待機中に水や衛生システムをどう維持するかが新たな課題
  • 宇宙トイレ技術の進化と、 人類の適応力 への期待

Hackerたちの意見

実際のトイレの写真がないのは驚きだったな。もっと見たいけど、これを見つけたよ。 https://en.wikipedia.org/wiki/Space_toilet

└

新しいトイレに関する情報はこちら： https://www.scientificamerican.com/article/artemis-iis-toile... https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20220005710/downloads/NA...

└

これはSubstackの投稿よりも機械的な詳細に踏み込んでるね（あっちは「空気吸引」についてちょっと触れてるだけ）。男と女で尿ホースアダプターが違うのかどうか、まだよく分からないんだよね。

ランチに読むにはあんまり良くないね。

└

ちょっと待ってみて！

スカイラブからのフィードバックの一つは、トイレの空気の流れを強くする必要があったこと。だから、シャトルのトイレの開口部は狭くしなきゃいけなかった。正しい体の位置を練習するために、地上の宇宙飛行士たちは、廃棄物チューブの真ん中にカメラが取り付けられた特別なトレーニング模型に座って練習したんだ。デバイスとのドッキングが成功するためには、自分の「下の目」をビデオ画面の十字線に正確に合わせる必要があって、仲間たちが見守る中、応援の声を上げていた。宇宙飛行士の仕事には仲間との親密さが含まれていることは知っていたけど、ここまで親密だとは思わなかった。

└

この話、文脈なしで聞かされても、監視機器を使った兵舎のゲームだと思っただろうな。面白すぎる。

└

エンジニアの一人がアポロのドッキングシミュレーターをチラッと見て、ニヤッとする様子が想像できるな。

より良い宇宙トイレを作る方が簡単なのか、それとも遠心重力を使った船を作って普通のトイレを使う方が簡単なのか？

└

水のマージンが厳しいから、普通のトイレを使うことはできても、使いたくないよね。尿は回収できるけど、便はそうはいかないし。

└

二つの問題がある： - 宇宙で十分な大きさの遠心分離機を作るには、大量の材料を軌道に運ぶ問題を解決しないといけない。直径は少なくとも数百メートル必要だから。 - そんな遠心分離機はジャイロ効果を生むから、ステーションの制御がすごく難しくなる。

└

遠心重力を使っても、トイレは最悪のシナリオ（重力がない状態）に対応できるように設計しなきゃいけない。普通のトイレが使えるとしても、システムは汚水を隔離して処理する必要があるんだ。だから、飛行機のトイレみたいなのは使えないよ。有人宇宙飛行のための効果的なライフサポートシステムを作るには、かなりのエンジニアリングの努力やテスト、フィードバック、反復が必要なんだ。長期間の宇宙飛行は、その何倍も難しい。トイレは、故障したら乗組員を incapacitate させたり、最悪の場合は死に至らしめることもあるシステムなんだ。低重力や微小重力環境では、エアロゾル化した汚物が宇宙飛行士の目や肺に入る可能性があるし、電子機器や他の船のシステムに浸透して故障を引き起こすこともある。微小重力では、きれいな水がキャビンに噴霧されるだけでも危険だよ。

└

遠心重力のアプローチには巨大な構造が必要で、200メートル以上の半径が必要だよ。そうしないと、コリオリ効果で人が吐き気をもよおすほど回転速度が高くなっちゃうから（それがまた別のトイレの問題を引き起こすことになる）。より良い宇宙トイレを作るのは、ハビタットを回転させるよりも何倍も安くて軽いんだ。

└

人が宇宙に長期間住むなら、重力が必要になるから、長期的にはそうだね。

└

最初はこれが馬鹿げてるように聞こえるけど、実際に集めるのにどれくらいの重力が必要なんだろう？地球の重力のほんの数百分の一に価値はあるのかな？

└

おお、同じくヘイルメアリー好きな人だね :)

└

ミッションの範囲によるね。長期的な宇宙旅行を商業化するつもりなら、何らかの人工重力が必要になるよ。もしより良いトイレを作るなら、それを使うためのより良い「ポッパー」も必要だし、毎回正しく使ってもらわないと、船のために本当に良い廃棄物清掃と消毒戦略が必要になるよ。

└

「より良い宇宙トイレを作るのと、遠心力で重力を作った船を作って普通のトイレを使うのはどっちが簡単？」 ！ネタバレ注意 - ダニエル・スアレスの『dV』と『Critical Mass』の小説から。==== 第2巻（Critical Mass）では、その問題についてたくさん語られてるよ。

焙煎プロセスは、超現代的でありながら不思議と古風でもある。糞を燃やすのは、何千年も受け継がれてきた伝統なんだ！

普通のトイレについてずっと疑問に思ってたけど、今はこれだね。誰かがテストしなきゃならないよね。彼らにはそれを通すための同等のアイテムがあると思うけど、結局は本物を試さなきゃいけないから、それをやるのは誰の仕事なんだろう？どうやってやるんだろう？

└

フラッシュテストのための人気の「同等品」としては、豆腐の皮に入った納豆（うまい！）があるよ。

└

マキシマムパフォーマンス（MAP）テストの世界へようこそ。アメリカとカナダの22の自治体や団体が集まって、便器の「標準」テスト（とテストメディア）を開発するためのコンソーシアムを作ったんだ。誰が一番しっかりフラッシュできるかを測るためにね。すごく詳しい歴史もあるよ！「MaP Premium」トイレが最高の便器になるらしい。

ずっと気になってたんだけど、誰かを内臓破裂させずに済む真空（圧力？）の正確な量ってどれくらいなんだろう？

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比較のポイントとしては、プールの排水口による怪我（いわゆる吸引捕獲）があるかも。これで内臓を破裂させた人もいるけど、主に子供たちだね。クルーズ船の真空トイレもこういう事故に関与してることがあるよ（詳しくは、https://www.upi.com/Archives/1987/03/06/70-year-old-womans-i... を見てね）。大人にとっては、直腸脱がもっと深刻な問題かもしれないね。

これを書いてシェアしてくれてありがとう。数日前に廃棄物リサイクルについて深く調べてたんだけど、あなたの文章からたくさん学んだよ！

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ありがとう！楽しんでもらえて嬉しいよ。

宇宙トイレが好きなら、これに興味があるかもね。[0] HNの投稿で、メニューバーからISSの尿タンクがどれくらい満杯か追跡できるよ。[0] https://news.ycombinator.com/item?id=42505454

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いや、古い靴下と尿が詰まったゴミ袋の写真を見ちゃったんだ。どんなトイレに興味を持つ気分になるまで、ちょっと時間が必要かも。でも、情報ありがとう。

私たちの日常が公共福祉によって支えられているのがわかるね。