ماموریت آرتمیس ۲ موفقیتی بزرگ بود؛ اما خدمه نمی‌توانستند سیفون توالت را بکشند

در بامداد ۱۳ فروردین، ناسا چهار فضانورد را در فضاپیمایی به اندازه‌ی دو مینی‌ون برای سفری ۱۰ روزه و رکوردشکن به دور ماه پرتاب کرد و ۱۰ روز بعد، آن‌ها را با دقتی باورنکردنی به سلامت به زمین بازگرداند. این ماموریت به همان اندازه که موفقیتی نمادین برای آژانس فضایی آمریکا بود و حس مشترکی از شگفتی نسبت به زمین و توانمندی‌های بشر ایجاد کرد، یک پیروزی فناورانه نیز محسوب می‌شد. بااین‌حال، یک مشکل کلافه‌کننده درطول سفر وجود داشت: گرفتگی توالت.

توالت فضاپیمای اوراین که با عنوان رسمی «سیستم فراگیر مدیریت پسماند» (UWMS) شناخته می‌شود، پیشرفته‌ترین سیستم توالت فضایی به‌شمار می‌آید که نسخه‌ای متفاوت از آن قبلا امتحان خود را در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) پس داده بود. اما همان‌طور که خدمه آرتمیس اظهار کردند، مشکل گرفتگی تقصیر خود توالت نبود. حتی رید وایزمن، فضانورد ناسا و فرمانده ماموریت آرتمیس ۲، در کنفرانسی خبری پس از بازگشت خدمه به زمین، عملکرد آن را تحسین کرد.

توالت اوراین سیستمی کاملاً نوآورانه برای سفرهای قمری به شمار می‌آید. فضانوردانی که در عصر آپولو عازم ماه بودند، هیچ توالتی نداشتند و مجبور بودند در کیسه‌های یک‌بار مصرف و با استفاده از قیف اجابت مزاج کنند؛‌ ابزارهایی بدقلق و کثیف که برای فضانوردان «ناخوشایند» و «زننده» بود. اما اکنون، با گذشت بیش از ۵۰ سال، فضانوردان آرتمیس می‌توانند انتظارات بهتری داشته باشند.

در ماموریت آرتمیس ۲، کپسول اوراین به یک توالت تیتانیومی مجهز شده بود که با چاپگر سه‌بعدی ساخته شده است. توالت جدید ناسا به فضانوردان این امکان تجملی را می‌داد که همزمان ادرار و مدفوع کنند و از همه مهم‌تر، دارای در برای حفظ حریم خصوصی بود. وایزمن در توصیف توالت اوراین گفت: «من فقط می‌خواهم کاملاً قاطعا بگویم که آن توالت فوق‌العاده بود. توالت عالی کار می‌کرد.»

توالت برنامه آرتمیس بیش از یک دهه در حال ساخت بوده است. شرکت زیرساخت‌های فضایی «کالینز ایرواسپیس» اولین بار در سال ۲۰۱۵ قراردادی را با ناسا برای طراحی و ساخت توالت امضا کرد. درطول این مدت، دانشمندان پروژه بر مشکلات اساسی توالت‌های فضایی گذشته غلبه کردند و در عین حال نیازهای آینده را تصور و برآورده کردند؛ به طوری که همان سیستم مورد استفاده توسط فضانوردان آرتمیس ۲، می‌تواند برای ماموریت‌های ماه و مریخ در دهه‌های آینده نیز تطبیق داده شود.

در محیط تنگ کپسول‌های خدمه آپولو، فضانوردان هر زمان که مجبور به دفع مدفوع یا ادرار بودند، کیسه‌ها و لوله‌های پلاستیکی با لبه‌های چسب‌دار را به خود می‌بستند. چسباندن آن کیسه‌های کلافه‌کننده در شرایط بی‌وزنی به اندازه کافی دشوار بود، اما فضانوردان مجبور بودند به صورت دستی یک بسته ماده میکروب‌کش را هم با محتویات کیسه مخلوط کنند تا از تجمع باکتری‌ها و گازها در داخل کیسه‌ی بسته‌شده جلوگیری شود.

کن متینگلی، فضانورد ناسا در مأموریت آپولو ۱۶، پس از توصیف سیستم توالت گفت: «من قبلاً می‌خواستم اولین انسانی باشم که به مریخ می‌رود، اما این سیستم مرا متقاعد کرد که اگر قرار باشد با تجهیزات آپولو برویم، هیچ علاقه‌ای به این کار ندارم.»

براساس همین نقدهای تند و کوبنده، دانشمندان ناسا می‌دانستند که باید سیستمی کارآمدتر بسازند. دیوید مانز، مورخ علم و فناوری در دانشگاه شهری نیویورک می‌گوید: «به هر حال، توالت ازجمله سیستم‌های حیاتی برای ماموریت محسوب می‌شود؛ درنتیجه اگر خراب شود، کل ماموریت به خطر می‌افتد.»

اکنون پس از گذشت بیش از نیم‌قرن،‌ سیستم فراگیر مدیریت پسماند نقطه‌ی اوج مهندسی هوافضا برای حل تمام مشکلات انباشته‌شده در استفاده از توالت‌های فضایی است. این سازه طراحی سبک و استانداردی دارد؛ بدین معنی که می‌تواند به راحتی در انواع مختلف فضاپیماها، از جمله ایستگاه فضایی، کپسول اوراین در مأموریت‌های آرتمیس و فضاپیماهای احتمالی در آینده که هنوز ساخته نشده‌اند، تعبیه شود.

جایی که خدمه آرتمیس ۲ با مشکل روبرو شد، لوله تخلیه ادرار بود. این لوله ظاهراً در اواسط ماموریت ۱۰ روزه، احتمالا به دلیل یخ‌زدگی ادرار در داخل آن یا رسوبات ناشی از یک افزودنی شیمیایی در فاضلاب، مسدود شد. علت هنوز دقیقاً مشخص نیست و ناسا در حال تحقیق است. لورن لو، متخصص روابط عمومی در ناسا، در بیانیه‌ای به ساینتیفیک امریکن گفت: «تیم‌ها در هفته‌های آینده داده‌های حاصل از پرواز آزمایشی آرتمیس ۲ را ارزیابی خواهند کرد.»

مشکل گرفتگی توالت در عین حال که تا حدودی خنده‌دار به نظر می‌رسد، پرسشی حیاتی را برمی‌انگیزد: چرا تخلیه ادرار از یک توالت در فضا این‌قدر دشوار است؟ میسون پک، استاد مهندسی هوافضا در دانشگاه کرنل، می‌گوید یکی از دلایل، فقدان گرانش زمین برای پایین نگه‌داشتن همه چیز است. او می‌گوید: «سیالات در شرایط ریزگرانش به شکل‌های ناآشنا جریان می‌یابند و این امر پیش‌بینی رفتار مایعات را دشوار می‌کند.»

در زمین، ما عادت کرده‌ایم که قهوه در ته فنجان بماند، باران در گودال‌ها جمع شود و ادرار از راه فاضلاب به پایین حرکت کند. پک می‌افزاید: «به دلیل وجود گرانش، غافلگیری‌های بسیار کمی درباره نحوه‌ی کشیده‌شدن آب به سمت سطح زمین وجود دارد.»

اما بدون گرانش زمین، سیالات لزوماً به سمت «پایین» جریان نمی‌یابند. در عوض نیروهای دیگر کنترل وضعیت را به دست می‌گیرند. کشش سطحی، شکل لوله‌های فاضلاب، حرکت فضاپیما و موارد دیگر همگی می‌توانند بر حرکت مایع در فضا تأثیر بگذارند. درنتیجه، طراحی تجهیزاتی که تمام این ظرافت‌ها را درنظر بگیرد، دشوار است. پابلو دی لئون، استاد مطالعات فضایی در دانشگاه داکوتای شمالی، می‌گوید واردکردن هوا برای کمک به راندن ادرار در لوله‌ها نیز می‌تواند حباب‌هایی ایجاد کند که به لوله‌ها می‌چسبند و همین امر پتانسیل ایجاد انسداد را افزایش می‌دهد.

موضوع زمانی پیچیده‌تر می‌شود که بدانیم فضا یک محیط خلأ است و دما در آن می‌تواند به شدت نوسان کند. پک می‌گوید: «اگر فکر می‌کنید جنوبگان سرد است، فضا از آن هم سردتر است. اگر فکر می‌کنید صحرای بزرگ آفریقا داغ است، داغی فضا از آنجا هم فراتر می‌رود و این گرما و سرما می‌تواند در عرض چند دقیقه اتفاق بیفتد.»

پژوهشگران می‌توانند پیش از پرتاب، دینامیک احتمالی سیالات در محیط فضا را در آزمایشگاه‌های زمین شبیه‌سازی کنند، اما پک می‌گوید: «این شبیه‌سازی‌ها اساساً هیچ‌گاه کامل نخواهند بود. صادقانه بگویم، اینکه توالت به همین خوبی هم کار کرد، شگفت‌انگیز است.»

باید توجه داشته باشیم که توالت آرتمیس ۲ یک نمونه اولیه‌ی آزمایشی (پروتوتایپ) بود. دی لئون می‌گوید: «این اولین بار بود که انسان‌ها از این سیستم خاص در فضا استفاده کردند.» ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) نیز سیستم توالت مشابهی دارد، اما با توالت کپسول اوریون یک تفاوت اساسی دارد: ایستگاه فضایی پسماندهای مایع را برای تبدیل‌شدن به آب آشامیدنی بازیافت می‌کند، در حالی که توالت اوراین برای «تخلیه» یا پاشیدن پسماند مایع به فضای بیرون طراحی شده است.

پک می‌گوید «خبر خوب» این است که «ما اکنون از این تجربه درس می‌گیریم.» بسته به نتایج تحقیقات ناسا روی توالت، تغییرات آتی در طراحی می‌تواند شامل افزودن یک گرم‌کن یا تنظیم جریان هوا یا آب در لوله‌های تخلیه باشد؛ اقداماتی که در مقیاس کلی پروژه، اصلاحاتی نسبتاً جزئی محسوب می‌شوند.

به گفته‌ی دی لئون، در نهایت ماموریت آرتمیس ۲ آزمایشی موفقیت‌آمیز برای سخت‌افزار فضاپیمای اوراین بود. او می‌گوید: «اگر شما ۴۰۰هزار کیلومتر مسیر را بپیمایید و برگردید و تنها مشکلی که داشته باشید این باشد که تخلیه ادرار عالی نبوده است، باید گفت که روز موفقی داشته‌اید.»