Chất thải của các phi hành gia được xử lý ra sao trên Trạm vũ trụ quốc tế: Hành trình khép kín của nước, rác và những điều không ai nghĩ tới

Câu nói nổi tiếng của một phi hành gia Mỹ rằng "Yesterday's coffee becomes tomorrow's coffee!" từng khiến nhiều người bật cười, nhưng nó phản ánh rất chính xác một thực tế khắc nghiệt: tài nguyên trên Trạm vũ trụ quốc tế luôn ở mức tối thiểu và nước là thứ quý giá nhất trong số đó. Việc tái sử dụng chất lỏng và xử lý chất thải vì thế trở thành nhiệm vụ quan trọng mà không một sứ mệnh không gian dài hạn nào có thể xem nhẹ.

Môi trường không trọng lực khiến cho mọi hoạt động của con người, đặc biệt là ăn uống và vệ sinh cá nhân, trở nên phức tạp hơn nhiều. Trên Trái Đất, trọng lực giúp chất thải đi theo đúng hướng cần đi và hạn chế khả năng gây ô nhiễm.

Nhưng trong không gian, mọi giọt chất lỏng hay mảnh giấy nhỏ đều có thể bay lơ lửng khắp nơi, đe dọa thiết bị điện tử, bộ lọc không khí lẫn sức khỏe của phi hành gia. Trạm vũ trụ quốc tế, nơi con người sinh sống trong thời gian dài, lại càng dễ bị ô nhiễm vì sự xuất hiện của nấm mốc và vi khuẩn.

Những tấm ảnh chụp từ bên trong trạm từng cho thấy nhiều loại nấm mốc bám đầy các góc khuất, minh chứng cho môi trường sống vốn đã chật hẹp lại càng khó kiểm soát vệ sinh. Vì vậy, việc duy trì sự sạch sẽ trong khu vực vệ sinh luôn là ưu tiên hàng đầu, bởi chỉ cần một sai sót nhỏ cũng có thể gây ra sự cố nghiêm trọng.

Trong những ngày đầu của ngành hàng không vũ trụ, vấn đề này thậm chí còn chưa được tính đến. Năm 1961, khi Alan Shepard chuẩn bị trở thành người Mỹ đầu tiên bay vào vũ trụ, chuyến bay dự kiến quá ngắn để phải lo chuyện đi vệ sinh.

Tuy nhiên, sự trì hoãn kéo dài hơn ba giờ khiến ông rơi vào tình huống khó xử. Shepard xin phép rời tên lửa để giải quyết nhu cầu cá nhân nhưng bị từ chối nhằm tránh mất thêm thời gian. Cuối cùng, ông buộc phải đi tiểu ngay trong bộ đồ phi hành gia. Sự cố này gây nhiều chú ý và khiến các kỹ sư nhận ra rằng việc bỏ qua nhu cầu sinh lý cơ bản của con người trong môi trường không gian là điều không thể.

Sau này, khi Trạm vũ trụ quốc tế được xây dựng chung giữa Mỹ và Nga, nhà vệ sinh đầu tiên đã xuất hiện. Tuy nhiên, nó chỉ được thiết kế dựa trên tiêu chuẩn dành cho nam giới, dẫn đến việc các phi hành gia nữ gặp nhiều khó khăn khi sử dụng.

Đối với đại tiện, các phi hành gia phải giữ cơ thể cố định bằng cách ép đùi và mông vào bệ ngồi để ngăn chất thải thoát ra ngoài. Chỉ một khe hở nhỏ cũng có thể khiến chất thải bay lơ lửng trong khoang và gây hậu quả khó lường. Nhiều phi hành gia từng thừa nhận rằng trong số tất cả trải nghiệm khó quên khi làm việc ngoài không gian, đi vệ sinh luôn là điều khiến họ muốn tránh nhất.

Nhận thấy bất cập này, đến năm 2018, NASA quyết định chi 23 triệu USD để thiết kế hệ thống nhà vệ sinh hoàn toàn mới cho trạm, mang tên Universal Waste Management System. Đây là mẫu nhà vệ sinh hiện đại hơn, phù hợp với cả nam và nữ, đồng thời sử dụng hút chân không để đảm bảo chất thải được thu gom triệt để ngay khi vừa thoát khỏi cơ thể người dùng. Nhà vệ sinh trên trạm Thiên Cung của Trung Quốc cũng áp dụng nguyên lý tương tự.

Thiết bị gồm một ống mềm có phễu dành cho việc tiểu tiện và một bệ ngồi nhỏ, kín khí cho việc đại tiện. Khi phi hành gia mở nắp bồn cầu, hệ thống hút sẽ tự động khởi động để tạo luồng khí kéo chất thải xuống dưới, tránh rò rỉ và giảm mùi hôi. Những hình ảnh được chia sẻ từ trạm cho thấy nhà vệ sinh rất nhỏ, nhưng kích thước này là cần thiết để duy trì áp suất ổn định.

Chất thải lỏng chủ yếu được xử lý bằng cách thu gom và tái chế. Nước tiểu vốn chứa hơn 90 phần trăm là nước, vì vậy nó được đưa vào hệ thống lọc để tách các tạp chất, từ đó tạo ra nước uống hoàn toàn sạch.

Đây chính là ý nghĩa của câu nói cà phê hôm nay là cà phê ngày mai. Mặc dù nghe có vẻ khó tin, nhưng các công nghệ lọc và khử trùng hiện nay có thể đưa nước tiểu trở lại trạng thái tinh khiết hơn cả nước lọc thông thường.

Sự thật là hầu hết phi hành gia sau thời gian đầu hơi e ngại đều quen hoàn toàn với điều này, bởi họ hiểu rằng chi phí vận chuyển nước sạch từ Trái Đất lên vũ trụ là cực kỳ lớn. Với giá thành khoảng 50.000 USD cho mỗi kilogram vật liệu được đưa lên quỹ đạo, việc tái sử dụng gần như toàn bộ lượng nước là điều bắt buộc để giảm chi phí vận hành trạm.

Trong khi đó, chất thải rắn như phân lại có cách xử lý đơn giản hơn. Sau khi được hút vào túi chứa chuyên dụng, phân cùng giấy vệ sinh, khăn ướt, găng tay và các vật dụng dính bẩn được niêm phong trong thùng chứa kín.

Một số mẫu phân được giữ lại để phục vụ nghiên cứu y sinh, giúp các chuyên gia đánh giá ảnh hưởng của môi trường không trọng lực lên hệ tiêu hóa và vi sinh vật đường ruột. Phần còn lại sẽ được đưa lên những tàu vận tải chở hàng. Các tàu này thường chỉ đi một chiều: mang hàng tiếp tế lên trạm rồi tự rơi vào khí quyển Trái Đất. Trong quá trình rơi, ma sát khiến chúng bốc cháy toàn bộ cùng với tất cả chất thải bên trong.

Bởi vậy, đôi khi những vệt sáng dài xé ngang bầu trời mà ta vẫn gọi là sao băng thực chất lại có thể là một tàu chở hàng đang bốc cháy với đầy rác thải từ trạm vũ trụ. Tất nhiên, hiện tượng này diễn ra ở độ cao lớn và không ảnh hưởng đến mặt đất. Nhưng nó nhắc nhở con người rằng trong hành trình chinh phục không gian, ngay cả chất thải cũng phải tuân theo các quy trình hết sức chặt chẽ.

Những hệ thống này là một phần quan trọng trong các nỗ lực phát triển công nghệ sinh hoạt ngoài không gian. Khi nhân loại đặt mục tiêu xây dựng căn cứ Mặt Trăng và thực hiện các chuyến du hành đến sao Hỏa, khả năng tái chế chất thải và tối ưu hóa nguồn nước sẽ quyết định sự sống còn của phi hành gia.

Bài học từ Trạm vũ trụ quốc tế cho thấy rằng công nghệ hỗ trợ sự sống phải không chỉ hiệu quả, mà còn phù hợp với môi trường khắc nghiệt nơi con người không thể trông chờ vào nguồn tiếp tế thường xuyên từ Trái Đất.

Việc xử lý chất thải trên trạm vũ trụ tưởng chừng là câu chuyện nhỏ nhưng lại phản ánh rõ cách con người thích nghi với môi trường hoàn toàn xa lạ. Giữa không gian bao la, mỗi giọt nước đều quý giá, mỗi quy trình đều phải chuẩn xác tuyệt đối.

Đó chính là lý do khiến các hệ thống nhà vệ sinh và tái chế chất thải trở thành một trong những thành tựu quan trọng nhất trong quá trình phát triển công nghệ không gian, góp phần bảo đảm cuộc sống của các phi hành gia và giúp con người tiến xa hơn trong hành trình khám phá vũ trụ.