彬哥
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彬哥 發問時間: 科學其他:科學 · 2 0 年前

太空人如何進食 如何上大號

是把食物放在空中用嘴去吃嗎大號不是會亂漂嗎

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    2 0 年前
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    太空生活  台語有句俚語是這麼說的:吃飯皇帝大。這真是一點也不錯,今天無論科技如何發展,人類仍是相當注重民生問題的。太空計劃也不例外,太空旅行的時程愈來愈長,人類在太空中,可不像在地球上,找東西吃只要去超市一趟就好了,在太空站或是太空船中所有的食物都得在出發前準備好,或是靠成本昂貴的補給船來補給。正因如此,如何增加食物的保存期限、減輕其重量同時又保持食物的營養和風味,就成了有待克服的難題了。 在古早的時候,其實人類就已經發現了只要把食物放在比較乾燥和涼爽的地方,食物就可以擺放的比較久。還有也知道利用醃製的手法來增長食物的保存時間。比較後期的還有像是將食物消毒再裝罐密封,還有冷藏和急速冷凍等方法。然而這些並不一定適用於太空中的微重力環境以及兼顧運載上的經濟性。其實也就是因為太空食物有其特殊的需求,所以才需要特別來討論它。 在這裡,就讓我們用幾個有名的太空計劃中太空人所吃的食物來瞭解人類在太空食物這方面的進展吧。 首先是水星計劃(Mercury)。其實在這個計劃中,太空飛行的時間最短只有數分鐘,最長也不過是一整天罷了,所以太空人其實不需要在太空船中進正餐,他們可以在進行任務前就先大吃一頓。然而,水星計劃中的太空人確實對太空食物的發展做了貢獻。他們嘗試了在微重力的環境中進行咀嚼、飲用和吞嚥固質和液質的食物。他們試吃了一種小小的方塊狀外層塗著一層凝膠的食物和經冷凍乾燥的食物還有放在像裝牙膏的那種軟管裏的軟質的食物。他們發現這些食物索然無味,而且發現在將冷凍乾燥 的食物補充水的時候發生一些問題。另外,裝軟質食物的軟管在食用時並不方便,而且也軟管太重了。這些都是待改進的地方。 在接下來的雙子座計劃(Gemini)中,食物變得更具多樣性在包裝上也有了改進。脫水處理的應用提供了許多的食物,例如桂香土司、水果雜拌、蘋果醬、火雞肉和米飯。 在這裡所採用的脫水法是所謂的冷凍乾燥(freeze-drying)。在處理前會先把食物切成小小的以減少處理時間,之後再急速冷凍,然後放在減壓的真空室中加熱。在這種情況下,食物中的冰晶就會被煮沸成為蒸氣離開食物。因為水是在這此過程唯一離開食物的,處理後的食物保持原來的香味,但食物的內部會變得有 很多孔隙。 當要為這些食物充水時,只要用水槍射入食物的包裝袋即可。在包裝的另一頭有一個開口,食物可以經由這裡被擠出來直接進入太空人的嘴巴裡。受限於開口的大小,食物可也不能太大。在吃完後,太空人會放一個殺菌的小藥片在包裝袋裡,以防止微生物孳長。 這種食物的優點有重量輕、可以在室溫保存較久的時間而且處理後的食物也比較接近原來食物的風味。另外,足夠營養的攝取在逐漸加長的太空飛行中也成了關注的焦點,太空人每天攝取0.58公斤的食物,一天吃三餐,菜單每四天重覆一次。 接下來的阿波羅計劃中,有了水星和雙子座計劃的基礎,在此時就可以作更進一步的改良,包括再增加食物的種類和改善包裝和進食的方式。阿波羅計劃中的食物包裝和雙子座計劃中的相似,但是在脫水食物方面則作了重要的改良。脫水食物這回是放在一種叫作「spoon bowl」中的容器進行充水。充水時仍是用水槍射入包裝中,但在進食時是把上面的開口打開再用湯匙去挖來吃。水份會使得食物黏在湯匙上而不會四處亂飛。還有另一種叫作耐熱袋,裝在這裡頭的食物不需要充水,因為裡面的食物並不是脫水食物。有了這種包裝,太空人可以看見和聞到他們吃的食物,當然仍是用湯匙吃。 在阿波羅計劃中,食物和飲料都是用熱水或冷水(室溫)來充水,新加的食物有咖啡、玉米片、培根、牛肉三明治、鮪魚沙拉、通心麵等。 在太空實驗室中的飲食就更顯方便了,在實驗室中有冰箱、加熱盤和桌子。在太空實驗室中吃飯就像在家裡吃飯一樣,唯一的不同就是微重力環境。 太空實驗室中食物足夠讓三名太空人吃大約112天,菜單的設計每人都不同。因為每個人隨著他的年齡、体重等的不同而有不一樣的營養需求。實驗室上食物的包裝在特別的容器。可充水的飲料裝在一種可擠壓的像手風琴一樣的容器中。其它的食物裝在不同大小的鋁製容器裡。加熱盤上有一個個的凹洞,可供擺放食物。要吃飯的時候,只要把想拿的食物放在加熱盤中即可,這可是第一個可以拿來加熱食物的裝置喔。 在太空梭計劃中,進食的方式又更進步一級了。食物有多達74種,飲料則有20種。太空人可以從標準的菜單中,依據他們各人的喜好來做更換,甚至設計自己的菜單但必須經過營養師的核準。原先被使用的硬質的食物包裝在後來就被新的軟質的包裝所取代。太空人在進食時可以把餐盤固定在腿部或是牆上。吃飯的工具也多樣化了,有刀、叉、湯匙和剪刀。 到了國際太空站時,就不再使用太多的脫水食物了,因為這樣可以節省水的耗費。食物大多會採用耐熱的包裝可保存在室溫中,因此節省了冷藏所需的電力,而且這種包裝可使用於微波爐。 人類的生活少不了水和空氣,那麼太空站是如何提供這兩種必需品呢?這就是我們在這裡要介紹。 先來談談水吧,在介紹俄羅斯的沙留特太空站時其實已經提到他們可以把空氣中的水分回收再製。其實這就是太空站供水的一大重點。如果不將水回收,而只是把水從地球運過去,那成本實在是太貴了。現在,在軌道上已經有一個俄羅斯的水處理系統,這個設備可以從空氣溼度中回收水。另外,馬歇爾太空中心發展出來的ECLSS水回收再製系統會從各方面將水回收,例如太空梭燃料電池所產生的廢水、尿液、盥洗用水、洗手水等,如果沒有這些錙珠必究的回收,那麼每年就必須從地球運送40000磅的水到太空站才能維持四名太空組員基本生活之所需。現在他們甚至計劃連太空站上實驗室的動物也不放過,連它們的排泄物也要加入回收的行列。 國際太空站的水潔淨設備分三個步驟將水淨化。首先過濾細小雜質,然後再經多元過濾槽(Multi-Filtration beds),裡面裝填的物質可以過濾有機和無機的雜質,最後是觸媒氧化反應器,它會去除揮發性有機化合物並殺死細菌和過濾性病毒。 水質淨化後,下一步就是如何提高用水效率,在太空站上,太空人洗手所用的水大約是地球上人們一般使用的十分之一,地球上沐浴大約用水50公升,太空人只用了不到4公升,不過即使如此嚴格的管制,因為回收系統的效率所致, 太空站上的水仍會逐漸流失。流失的水則由太空梭或進步號補足。目前是希望能把水回收系統的效率提升到95%以上,那麼太空站供應食物中所含的水份就可補足流失的水份。 另外是空氣的問題,太空站上的維生系統不但要供應太空所需的氧和吸收二氧化碳,也必須防止由人体釋出的小量有害氣体,像是氨、丙酮。從科學實驗排出的化學蒸氣也有潛在的危險,因為你不知道它是否會空氣的供應鍊中與其它的元素起作用。 太空站上氧氣的供應是以水電解系統為主,氧氣加壓儲氣桶為輔。電解水為產生氧和氫是人盡皆知的,產生的氧就供人類呼吸用,氫氣在一開始會先排到太空中,目前是希望能將氫氣和太空站中過多的二氧化碳結合以產生水和甲烷,水會受度被利用來制造氧氣,甲烷則排到太空。最終是希望能找到一個封閉的處理流程,那麼就不會有任何浪費了。 國際太空站也將有一個大型的加壓氧氣桶掛在氣密的艙組之外,它是美國區段的主要氧氣供應來源,使用到2005年,主維生系統裝上為止。 至於二氧化碳的吸收是靠一種叫「沸石」的東西。另外,除了二氧化碳外,人類還會排戶小量的其它氣体,例如甲烷、氨等。這些則由活性碳過濾器加以去除。 相信大家都不會在好萊塢的太空電影中看到主角正忙著擦桌子的畫面吧。起碼,大家看星際大戰的時候,只會看到絕地武士帥帥地揮著光劍卻不會看到有人在忙著整理廚房之類的。那麼真實的太空生活是不是真的如此呢?在太空站上是不是也有家務事得做呢? 事實上,在太空站上維持清潔是相當重要的,因為太空站中有許多的微生物,它們可以算是太空站上的偷渡客,在人員進入太空站之前,它們就已經在裡頭了。它們的頑強絕不是你能想像的,即使是在磁磚或金屬上它們都能生活。最糟的是它們會分泌一些酸使金屬被腐蝕,對站上的儀器造成破壞。因此,時常地擦拭和保持環境清潔是必要的。 另外,太空站上的垃圾該怎麼辦呢?水份會被回收掉,那固体的總沒辦法了吧。清除垃圾的工作是交由太空梭和進步號來負責。之前已經提過,太空梭和進步號負責補給的工作,那麼補給完了之後呢?可不是就兩手空空的回來喔,它們在回程的時候,就成了史上最昂貴的垃圾車了。太空梭會把垃圾帶回陸地上來。進步號則因為是無人太空船的原故,它就直接墜落在太平洋了。 太空人在站上是很忙碌的,但全部都是工作而沒有休息也不行啊,那麼太空人在休息時間裡,都在做些什麼呢? 一部份的休息時間會被拿來做運動,從過去的一些經驗,我們發現人類在微重力的環境中,骨骼、心血管、肌肉組織等都會出現退化,但適度的運動可以延 緩這個現象。而且這些變化在回到地球後,就會慢慢消失。除此之外,太空人也被準許做其它的休閒,如下棋、聽音樂等,甚至要看DVD也可以。 雖然在太空站中確實不像在家中那樣可以為所欲為,但現在在太空中的那些太空人們確實已經比15世紀時離開歐洲尋找新大陸的那些探險家要來得幸福得多了。 

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