太空便便挑戰

美國宇航局（NASA）發起了一場徵集賽，向社會人士徵求尿液，糞便與經血處理系統的解決方案，用於宇航員的艙內宇航服。使用周期要求達到144小時。宇航服內置排泄物處理系統將有助於應對緊急情況或長時任務。

排泄物處理系統要求在6天內，在加壓的艙內宇航服內部環境處理尿液、糞便和/或經血，同時保證宇航員的安全與健康。解決方案中尿液的收集能力應滿足6天內每人每天最大值1L。糞便的收集能力目標值是6天內每天75克固態糞便和75mL液態糞便。經血收集系統的收集量需滿足6天80mL的最大值。

在未來3-4年內最可能應用於實際任務的方案將獲得NASA的獎勵。根據NASA的規則和採購合同的規定，NASA或與獲勝者和/或其他參賽者合作。

挑戰背景

艙內宇航服用於宇航員的發射和返回過程，可在任何計劃外事件中起到保護作用。至今，一位宇航員在發射或著陸過程中一次最多穿著10小時。在此之前，宇航員會穿尿布應對內急。尿布在飛行途中通常作臨時使用，會和艙內服一起脫下。

未來的任務或將需要在更長的時段內為穿著加壓宇航服的宇航員提供排泄物處理能力。在航天器失壓或其他緊急情況中，宇航員可能需要穿著艙內服長期避難（144小時）。宇航員只有不到60分鐘的時間穿好並密封宇航服。為了保證宇航員的安全，提供的解決方案不得佔用多於5分鐘的穿衣時間。在宇航員穿上宇航服後，宇航服內部將保持0.4個大氣壓（4.3PSID），100%氧氣環境，部分任務還需在失壓的艙體內完成。在上述環境中，解決方案所提供的系統需要保證不用手便能將人體排泄物引至體外並收集，從而確保宇航員在144小時內安全與健康。

目前已商業化的產品能藉助重力將尿液引導至人體外並收集。有些需要雙手輔助，多數不能維持144小時。目前沒有任何商業產品能提供144小時的糞便處理能力，無論是否需要用到雙手輔助。

儘管最終應用的解決方案會在每次任務後丟棄，但仍需保證在6天內多次排尿排便的情況下保持良好運轉。

關於在太空中便便...

參加這項挑戰，你無需具備失重環境相關領域的工作經驗，也無需掌握人體和體液在失重環境下的運作情況。因為我們會將這些情況告訴你：

首先，失重就是大家所說的「零重力」。想像一下真空。在真空環境下，固體，液體和氣體與在地球上受引力影響時會有不同的表現。也許你很輕鬆就能想像出東西在太空中漂浮的樣子。是的，有時固體，液體和氣體會這樣。但是，由於表面張力，它們也有可能附著在最近的物體表面。想想一下在太空中洗澡時，腋下有一團水的感覺。另外，在地球上固體和液體在相互接觸時或多或少會混合在一起。在失重環境下可不一定。

至於人體的機能。在太空中當你排尿的時候，沒有引力引導尿液離開你的身體。便便的時候也是。沒有引力把它從你體內帶走。經血？至少一部分會離開你的身體。你一定不會希望那些東西在你的宇航服里遊盪。而且別忘了，便便也不一定都是固體，尤其在太空中時，你會由於艙體失壓而感到緊張。

你絕不會希望這些固體和液體在身上待6天。如果你照顧過孩子，你就知道尿布疹是多麼容易出現。如果置之不理，還會引起危險的感染。你不會希望糞便進入尿道或陰道，那會引起尿路感染或陰道感染。當然，你也不希望他們接觸到嘴巴，鼻子，耳朵或者傷口。說這些的點在於？你提供的解決方案必須讓這些廢物遠離身體，遠離它們的排泄口和宇航服上的進氣出氣口。

在過去NASA是怎麼處理這個的呢？一方面，他們不需要應付6天這麼久。也許就幾個小時。最近一次，宇航員穿了一種吸水性極強的成人尿布（事實上，太空中的創新帶來了很多日常用到的嬰兒尿布產品）。多數情況下，尿布是用來應急的。在這之前，男性宇航員使用尿收集/轉換裝置（UCTA）和糞便收集系統（FCS）。女性宇航員穿著宇航服時除了成人尿布就沒有別的辦法了。當沒有穿宇航服但位於艙體內時，女性宇航員可以選擇3種杯型的尿液收集系統，利用空氣有效地將尿液從身體中抽走。不管哪種方法，即使有雙手輔助，擺脫這些人體廢物一直都是複雜、簡陋、不適而髒亂的。現在我們討論的情況是至少在宇航服內，手是幫不了忙的。

關於宇航服

你設計的解決方案將會作為橘色的改進版宇航員逃生宇航服（MACES）的一部分。MACES和上一代逃生宇航服（ACES）相比，在設計時更適應長時間的任務。

全宇航服內部，包括手套在內，均為0.4個大氣壓以保證宇航員身體功能正常運轉。沒有壓力的情況下，人體會腫脹，體內循環停止，當然也會極其痛苦。手套通過金屬軸與宇航服的袖子相連接，這樣能保證良好的密封性。一旦宇航服完成密封，在宇航員進入另一個加壓的環境前宇航服都將保持這個狀態。宇航服密封后，宇航員無法直接接觸自己的身體，連撓鼻子都不行。

空氣（100%氧氣）從腰部的連接處以每分鐘4.5立方英寸的速度注入宇航員與宇航服之間2英寸寬的空間，空氣會從腰部另一個連接處循環流通出去，凈化後再次注入宇航服。一個網罩會保證顆粒物不進入空氣循環系統。如果有顆粒物的話，空氣的流通很容易被阻塞。

空氣顯然是非常寶貴的資源。儘管泄露的情況會失去極少量的空氣，解決方案絕不能增加泄漏量。但是每次3分鐘的使用時間，每分鐘小心使用1000立方厘米（0.01立方英寸每分鐘）不會影響宇航服的整體氣密性。

宇航服使得宇航員能夠在四周移動，穿過狹窄的位置，在長時間內坐下並寄好安全扣。你的解決方案在所有條件下都應是舒適的。

最後，一個最高電壓為28V的小電源能在宇航服內外提供低於100mA的電流。

想要了解更多宇航服功能的整體介紹的話，請查看NASA的什麼是宇航服以及維基百科上的宇航服條目。關於MACES的具體參數，請點擊這裡。

針對獲勝方案的後續計劃

在理想狀態下，NASA希望看到一個技術水平至少達到美國防部技術成熟度評級中的4級水平，也就是說相關解決方案可以在1年內進行測試，在3年內完全應用。但是從突破性創新角度考慮，NASA也會考慮那些技術成熟度稍低，應用排期相對更長的解決方案。

根據NASA的規則和採購合同的規定，NASA將考慮與獲得第一名的參賽者和/或其他參賽者合作。

獎勵

參與挑戰在失重環境下長期廢物處理的創新方案將有機會獲得最高三萬美金的獎勵。NASA會選出最多3個優勝方案。

NASA會將獎項頒給他們認為最有可能在接下去的3-4年里實測並應用到任務中的方案。

我如何獲勝？

候選方案至少滿足以下要求：

? 能在最少144小時內保持宇航服內尿液和/或糞便遠離宇航員

?能在失重環境下使用

?能夠在全套艙內宇航服中使用，宇航服內部環境為0.4個大氣壓及100%純氧，且在144小時內不能通過手動方式打開

?能在宇航員移動，彎腰和/或坐下並由安全帶固定在椅子上時使用

?能在最長6天時間內處理下述三種人體廢物中的一種

?能處理每個航天員每天最多1L的尿液（根據任務中計劃的液體攝入量計算）

?能處理每個航天員最多75克的固體糞便和75mL的液體糞便（根據任務中計劃的食物攝入量計算）。糞便形態可能是固態和液態，但是解決方案不要求處理不可控的腹瀉情況。

?能在6天內處理最多80mL的經血液體

?要求在宇航員穿上艙內宇航服之前或同時，可獨立完成解決方案的裝備並安全固定於身體上，耗時不超過5分鐘。

?不論男女，身材與體重在空軍ANSUR人體資料庫中1%-99%範圍內，都可有效使用。

?相關數據請參考下方資源頁與本文件，包括但不限於腰圍（24.2-43.5），臀圍（31.5-46.5），坐姿臀寬（31.5-46.5），腰背部（15.4-22），腰深（5.9-11.8）。

解決方案需包括但不限於以下功能：

?針對尿液/糞便/經血和男性/女性和身材/體重的不同情況應用不同的處理系統

?所有硬體都集成在一件衣服內便於穿著

?收集的尿液和糞便可以儲存在宇航服內或宇航服外，允許每個宇航員自由選擇

評委會會從以下幾個方面對合格的方案進行打分：

評分項，描述，分值（原文為表格）

設計的合理性和技術層面成熟度；解決方案按描述在最低風險下滿足最低要求的可能性，包括設計的TLR評分；20

空氣節約程度；有效保證對宇航服內空氣的節約使用；10

健康與安全；解決方案為宇航員提供的健康安全水平，包括乾燥度，避免疼痛感染和永久傷害；15

宇航服完整性；有效保證宇航服的完整性，包括要求的（裝卸點）的數量；15

裝備速度；在五分鐘內裝備完畢的簡易度和可行性；10

使用的簡易性/限制條件；從使用中的限制條件判斷使用的簡易性，例如需剃凈毛髮，對排泄時間的限制，要求靠近某特定技術等；10

舒適度；宇航員使用該解決方案時生理，情感，心理上的舒適度，使用情景包括穿著，走動，坐下和固定時；10

適配性；與現有宇航服和艙體適配的簡易度；5

其他優點；評委發現的或選手提出的不符合上述類別的優點，可以包括評委的偏好，例如簡潔度；5

參賽資格

獎項對18歲及以上的個人，私人團體，公共團體，大學社團開放。只要美國政府沒有禁止參加，個人參賽者和團體可以來自任何國家。NASA員工，政府承包商，或受雇於政府承包商可能被禁止參加。

所有申請都需用英文提交。所有與挑戰相關的溝通都將用英文進行。

訪問地址：https://herox.com/SpacePoop

對失重環境和廢物管理回收不做資格證書或專業知識的要求。活動組織方鼓勵外部個人和非專業團隊參加並提出新方案。

參加比賽的人員需遵守所有與挑戰相關的條款，詳述於註冊時提供的挑戰相關協議。

知識產權

獲獎的創新方案必須在提交時聲明允許NASA擁有所有免版稅的，非獨佔的，不可撤銷的，全球範圍內的知識產權。詳見註冊時提供的挑戰相關協議中關於知識產權的全部內容。

註冊與提交

方案必須（且僅能）通過在線提交，時間不得晚於2016年12月20日美國東部時間晚上11點59分。所有上傳的文件必須是PDF格式。遲交的申請不會被接受。

優勝選拔

獎項將按上述評判條件的加權結果根據獲勝條件給出。

評委會

HeroX將以NASA相關專家的評估結果為基礎作出最終獲勝者的決定

其他信息

參加該項挑戰的人同意僅上傳自己的方案。任何被認為可能「抄襲」其他參賽者的情況都將作為取消資格的依據。所有申請都會接受盡職調查；一旦發現不實，抄襲或非原創的情況都將自動取消資格。

不符合條件的申請人將自動從比賽中除名，不可申訴或要求賠償。

參加比賽或獲勝不需要任何形式的購買或支付行為。

不適用於受法律限制或禁止的領域。(譯者：麥子校對：Magpie)