איך מרחפים לשירותים בחלל

כמעט כל מי שזכה לטוס לחלל מתאר את תחושת חוסר הכבידה כחוויה נהדרת. “לוקח כמה ימים עד שהגוף מתרגל והראש מתרגל לפעילות הזאת, אבל אחרי שמתרגלים – זה אושר”, אמר האסטרונאוט הפרטי הישראלי איתן סטיבה זמן קצר לאחר שובו מתחנת החלל הבינלאומית ב-2022. “הריחוף הזה הוא נפלא: היכולת לעמוד על התקרה או על הקיר ולהרגיש שזו הרצפה – זו יכולת מדהימה”.

אלא שהריחוף בתנאי מיקרו-כבידה אינו הוא נחלתם של האסטרונאוטים בלבד, אלא של כל דבר במסלול סביב כדור הארץ או בחלל העמוק: כלי עבודה, מכשירי כתיבה, אוכל, שתייה וגם… האוכל והשתייה אחרי שהם יוצאים מגופם של האסטרונאוטים. ביקור בשירותים במהלך משימת חלל הוא משימה מאתגרת, כי התוצרים הריחניים שנפלטים מגופנו אינם נופלים מטה, כמו על כדור הארץ, אלא נוטים לחמוק ממיכל הקיבול, לרחף בחללית ולארח חברה – לא תמיד נעימה – לשאר אנשי הצוות.

שקיות וחיתולים

פיתוח פתרונות לאיסוף שתן וצואה בתנאי מיקרו-כבידה העסיק את המהנדסים מהימים הראשונים של תוכניות החלל, כשבראש מעייניהם עמדו שאלות טכניות כמו איך לאסוף את התוצרים ביעילות ולאחסן אותם, ופחות שאלת הנוחות או הרווחה של המשתמשים בטכנולוגיה.

המשימה של אלן שפרד (Shepard), האמריקאי הראשון שטס לחלל, הייתה טיסה תת-מסלולית שנועדה להימשך רבע שעה בלבד. לכן איש לא חשב שיש צורך למצוא פתרונות שירותים לזמן הזה. מתכנני המשימה לא לקחו בחשבון את השעות הארוכות שהוא נדרש להמתין בחללית עד השיגור, ובסופו של דבר הוא נאלץ לרוקן את השלפוחית בחליפת החלל שלו, ולנחות כעבור זמן לא רב כגיבור לאומי אך מסריח משתן. במשימות המשך של תכנית מרקורי כבר היה לאסטרונאוטים התקן לאיסוף שתן – מעין צינור דמוי קונדום שמלבישים על איבר המין, ומזרים את השתן לשקית איסוף. במשימות ג’מיני ובמשימות אפולו שבאו אחריהן, נוספה למערכת משאבה ידנית שנועדה להבטיח את הזרמת השתן למיכל האיסוף. חוץ מדגימות קטנות שנשמרו לצרכים רפואיים, במשימות אפולו השתן לא אוחסן בחללית, אלא נאגר במיכל מיוחד ומשם הוזרם לחלל דרך פתח מחומם – כדי להבטיח שלא יווצר פקק של שתן קפוא. אסטרונאוטים במשימות האלה תיארו את פליטת השתן לחלל כמחזה מרהיב, כשהטיפות הקפואות מתפזרות סביב ומחזירות את אור השמש. בסרט על משימת אפולו 13, אפשר לראות המחשה לכך, כשהאסטרונאוט פרד הייז (Haise) צופה בחלון בריקון השתן בחלל, ומכנה זאת “קבוצת הכוכבים יוריון” – משחק מילים על קבוצת אוריון והכימיקל אוראה (Urea) – מרכיב עיקרי בשתן.

צינוריות האיסוף, אגב, הגיעו בשלושה גדלים, שהאסטרונאוטים – מסיבות שלהם – כינו “גדול”, “ענקי” ו”עצום”.

איסוף השתן בחלל היה עניין יחסית פשוט, לפחות כל עוד האסטרונאוטים היו גברים בלבד, ובתוכנית החלל האמריקאית זה היה המצב עד 1983. לעומת זאת, איסוף הצואה היה משימה מאתגרת יותר. במשימות המאוישות הראשונות, שרובן היו קצרות יחסית, לא היתה כלל מערכת לאיסוף צואה. במקום זאת האסטרונאוטים קיבלו בימים שלפני המשימה תזונה שתפחית ככל האפשר את פעילות המעיים. בתוכנית “ג’מיני” היו משימות שנמשכו עד שבועיים בחלל, וזה כבר פרק זמן שקשה להתאפק בו – אפילו לאסטרונאוטים. הפתרון של נאס”א היה… שקיות. סוכנות החלל פיתחה שקיות איסוף עם מעין צווארון דביק סביב הפתח. האסטרונאוט היה מדביק את השקית סביב פי הטבעת, ובסיום הפעולה נדרש להשחיל דרך הפתח את המגבונים או נייר הטואלט שהשתמש בהם, ואז לארוז הכל בשקית נוספת לאחסון. זה היה תהליך ממושך, לא נעים, ולרוב גם ריחני. ואם נשמע שהוא מועד לתאונות, זה מכיוון שהוא אכן היה כזה. במשימת אפולו 10, למשל, נאלצו שלושת האסטרונאוטים להתמודד עם גוש צואה שהתגלה לפתע מרחף בחללית הצפופה, וכל שלושת אנשי הצוות מיהרו להכחיש כל קשר אליו.

ההתקנים האלה, של איסוף שתן – ובעיקר צואה – שימשו את האסטרונאוטים במהלך משימות ארוכות יחסית, כשהם היו בלי חליפות חלל. בזמן שהם היו עם חליפות, למשל בשיגור, בעת ריחוף מחוץ לחללית או בפעילות על פני הירח, לבשו האסטרונאוטים סוג של חיתול למבוגרים.

לא פשוט לקלוע. הדגמה קצרה של השקיות שבהן השתמשו האסטרונאוטים בתוכנית אפולו (לא תמיד בהצלחה):

השואבים לטיס

תוכנית החלל של ברית המועצות, שהקדימה את זו של האמריקאים מבחינות רבות, לא תמיד הצטיינה בהנדסת אנוש, אבל דווקא הרוסים הבינו מתחילת הדרך את חשיבותו של פינוי יעיל של פסולת אנושית. חלליות הווסטוק שלהם צוידו במערכת ייחודית לאיסוף שתן וצואה, עם התקני מתכת מצוידים במשפכי איסוף שמתאימים לשני הצרכים וחיבור למערכת שאיבת אוויר, שמבטיחה סילוק יעיל של התוצרים מסביבתם של אנשי הצוות, וגם מזעור של הריח הנלווה לפעילות. הרוסים, ששיגרו אישה לחלל כבר ב-1963, בעיקר למטרות תעמולה, גם פיתחו מערכת איסוף שתן שמתאימה לאנטומיה הנשית.

הצואה והשתן בחלליות ווסטוק הועברו למיכלי איסוף, והאוויר ששימש בהזרמתם עבר סינון וטיהור לפני שהוזרם חזרה לתא החללית. בחלליות מהדור הבא, סויוז, המשיכו לשמש מערכות שפועלות על אותו עיקרון, עם שכלולים קטנים באופן האיסוף של השפכים.

בשנות ה-70 עברה האנושות לעידן חדש בפעילות בחלל: תחנות חלל, שבהן אנשי הצוות שוהים זמן ממושך של ימים, שבועות או חודשים. תחנות החלל מרווחות יחסית לחלליות המוקדמות, ובהן הותקנו לראשונה שירותי חלל שמזכירים את השירותים בכדור הארץ.

התחנה האמריקאית הראשונה, סקיילאב, ששוגרה ב-1973 צוידה לראשונה בשירותי שאיבה, כמו אלה שפיתחו הרוסים. האסטרונאוטים עדיין נדרשו להשתין לתוך התקן דמוי קונדום, אך הצואה נאספה במתקן שאיבה דומה לאסלה. עם זאת, השירותים בתחנה עדיין דרשו מהאסטרונאוטים לא מעט התעסקות – וזמן עבודה. הרוסים הפעילו בשנות ה-70 סדרה של תחנות חלל בשם “סליוט” שבהן איסוף הצרכים היה דומה יחסית לזה שבחלליות סויוז – כלומר ערכת שאיבה שמתחברת לפתח המתאים בגוף הקוסמונאוט. היתרון בתחנות היה מרחב קצת יותר גדול לשימוש בשירותים, עם מעט יותר פרטיות. בתחנות האלה, ובעיקר בתחנה שבאה אחריהן, “מיר”, החלו הרוסים גם לבחון מערכת למיחזור המים מהשתן שנאסף, לשימוש חוזר כמי שתיה.

שירותים בלי תא: הקוסמונאוט גנאדי פדאלקה (Padalka) ותייר החלל צ’רלס סימוני (Simonyi) מדגימים ב-2009 את מערכת השירותים של חללית סויוז, שלא השתנתה הרבה מאז שנות ה-60:

אימוני דיוק

הקפיצה המשמעותית בטכנולוגיית השירותים בחלל התרחשה בשנות ה-80, עם תחילת פעילותן של מעבורות החלל. אלה היו חלליות גדולות, שנשאו צוות של שבעה אסטרונאוטים – ולראשונה בארצות הברית גם אסטרונאוטיות – למשימות חלל של שבועיים ואף יותר. המעבורות צוידו בתא שירותים – אמנם בלי דלת, אבל עם וילון שסיפק מעט פרטיות. בתא היה מושב אסלה עם מקומות אחיזה לכפות הרגליים וידיות לירכיים שמבטיחות הצמדה למושב בתנאי מיקרו-כבידה. האסלה צוידה במערכת שאיבה, וכך גם צינור נפרד לאיסוף שתן, עם פייה שאפשר להפריד ממנו, כך שלכל איש או אשת צוות הייתה פיית שתן אישית. הצואה נאספה במיכל שנחשף מדי פעם לריק של החלל, מה שסילק ממנו את האוויר והנוזלים, הקטין את נפתח הצואה שנאספה וגם הרג את החיידקים, ובכך סייע להפחתת הריח הרע. הצואה המיובשת חזרה עם המעברות לכדור הארץ. השתן שנאסף פוזר לחלל, אם כי לא היה אפשר לעשות זאת בעת שהמעבורת עגנה בתחנת החלל הבינלאומית, מחשש לפגיעה במערכותיה.

מערכת השירותים של מעבורת החלל הייתה משוכללת בהרבה מקודמותיה, אבל גם דרשה אימון רב מהאסטרונאוטים לפני השימוש בה, הקפדה על סדר פעולות נכון, ובעיקר: דיוק. קוטרו של פתח האסלה במעבורת היה 10 ס”מ בלבד. סוכנות החלל בנתה לצד סימולטור אימונים של שירותי המעבורת גם סימולטור דיוק, עם מצלמת וידאו בתוך האסלה ומסך מולה, כדי לאפשר לאסטרונאוטים להתאמן בדיוק “על יבש”, לפני שמלכלכים את הסימולטור או את שירותי החלל עצמם.

בסוף שנות ה-80 פיתחו הרוסים מעבורת חלל משלהם, בוראן, שהייתה במידה רבה חיקוי של המעבורות האמריקאיות. אף שהמעבורת הזו לא שוגרה מעולם לטיסה מאוישת, החיקוי כלל גם את מערכת השירותים, וזו היתה החללית הרוסית הראשונה עם מושב אסלה, אם כי המושב דמה יותר למושב אופניים, כשהקוסמונאוט למעשה רוכב על האסלה, עם רגליו משני צדיה.

המערכת הזו הותקנה גם בתחנת החלל “מיר”, ובהמשך נוספה בתחנה מערכת שירותים משוכללת יותר, בעיקר בהיבט של מחזור המים, באמצעות טיפול כימי בשתן.

שירותים שדרשו אימון רב. הסבר של מכון סמיתסוניאן על שירותי מעבורת החלל:

שותים וממחזרים

בשנת 2000 החלה לפעול תחנת החלל הבינלאומית, שבה צוותים של אסטרונאוטים ואסטרונאוטיות שוהים בדרך-כלל חצי שנה, ולפעמים אפילו יותר. התפוסה בתחנה עשויה להגיע לעתים עד 11 בני אדם, כך שהשירותים צריכים להיות מסוגלים לטפל בכמות גדולה של צרכים לאורך זמן. בשנים הראשונות, עד 2008, השירותים היחידים בתחנה היו אלו בצד הרוסי, דומים למדי לשירותים שהיו ב”מיר”. בסוף 2008 הגיעו שירותים גם לצד האמריקאי, אלא שהיו אלה שירותים רוסיים, מאותו דגם שהיה בצד הרוסי, עם כמה שכלולים שנוספו עם השנים ועיצוב דומה יותר לאלה של מעבורת החלל. נאס”א שילמה לרוסים 19 מיליון דולר על שירותי החלל האלה, ובסוכנות האמריקאית אמרו שזה מחיר מציאה לעומת בניית שירותים חדשים.

לימים צורף לתחנת החלל מודול עם עוד שירותים רוסיים דומים, וב-2020 הותקנו בה גם שירותים שפיתחו האמריקאים עצמם, עם כמה שכלולים בעיקר בתחום הנדסת אנוש, כמו למשל אפשרות להתחבר בו זמנית לאיסוף שתן ולאיסוף צואה, בעיקר לבקשת נשים בצוות, וכן התאמות אנטומיות משופרות שמקטינות את אחוז הפספוסים.

גם כאן צריך להתאמן כדי לא לפספס. סיור עם האסטרונאוטית סוניטה ויליאמס (Williams) בשירותי תחנת החלל הבינלאומית, ב-2013:

כיום יש בתחנת החלל ארבעה תאי שירותים, עם דלתות, שמציעים שדרוג ניכר לעומת השנים הראשונות של משימות חלל מאוישות. אחת המטרות העיקריות של תחנת החלל היא פיתוח טכנולוגיות עתידיות למשימות חלל רחוקות ומאתגרות יותר, ועם השנים הגיעו בתחנה למיחזור של 98 אחוז מהמים, קצתם מהלחות באוויר התחנה, ורובם הגדול – מהשתן. כמו שהאסטרונאוטים בתחנה נוהגים לומר: הקפה של אתמול הוא הקפה של מחר.

כדי למחזר את השתן, הוא עובר טיפול כימי שסופח מרכיבים רבים מתוך המים. בהמשך המים עוברים תהליך של זיקוק: הרתחה ועיבוי של האדים. המים המעובים מצורפים לאדי מים שמסוננים מהאוויר בחלל התחנה, ועוברים שלבי סינון נוספים בדרך למיכלי האגירה. שם האסטרונאוטים בודקים כל יום את איכות המים, לפני שהם מאושרים לשתייה. 

הפסולת המוצקה, לעומת זאת, אינה ממוחזרת. היא נחשפת לריק של החלל כדי לייבש אותה, לדחוס ולקטול את החיידקים. חלליות האספקה הרוסיות שנשלחות לתחנת החלל הן חד פעמיות, ובסיום משימתן מוכוונות להישרף בכניסה לאמטוספרה. לפני כן, מעמיסים בהן אשפה שתישרף גם היא, ובכלל זה הפסולת שמקורה במערכת העיכול של האסטרונאוטים. 

מים לשימוש חוזר. האסטרונאוט האמריקאי ג’ו אקבה (Acaba) בסרטון על מחזור המים והאוויר בתחנת החלל הבינלאומית:

על התקרה ומתחת לרצפה

עד שנת 2020 הגיעו אסטרונאוטים לתחנת החלל במעבורת האמריקאית או בחללית סויוז רוסית. בשנת 2020 נכנסה לתמונה שחקנית חדשה: חללית דרגון מאוישת של חברת ספייס אקס. החללית הקטנה מיועדת להטסת ארבעה אנשי צוות לתחנת החלל, אך משמשת גם למשימות חלל שלא מיועדות להגיע לתחנה אלא מקיפות את כדור הארץ במשך כמה ימים.

בחללית דרגון יש תא שירותים קטן, קרוב יחסית לתקרה, גם כי זה כמובן לא משנה הרבה בתנאי מיקרו-כבידה. המערכת מזכירה את זו של מעבורת החלל, וגם של התחנה הבינלאומית: מערכת שאיבה, מושב עם חור וצינור נפרד לאיסוף השתן. פרטיות היא לא הצד החזק שלה, ורק וילון מפריד בין תא השירותים לאנשי הצוות שיושבים, או מרחפים, סנטימטרים אחדים מהתא.

בלי הרבה פרטיות. סרטון קצר על השירותים בחללית דרגון:

בפברואר 2026 צפויה סוכנות החלל של ארצות הברית לשגר את משימת ארטמיס 2, שבה יטוסו בפעם הראשונה בני אדם סביב הירח, בחללית אוריון. זו הטיסה המאוישת הראשונה של החללית הזו, ולמעשה טיסה ראשונה של אמריקאים בחללית שאינה של חברה מסחרית מאז סיום תוכנית מעבורות החלל ב-2011. גם חללית אוריון אינה גדולה במיוחד: ארבעה בני אדם חולקים חלל של תשעה מטרים מעוקבים למשך עשרה ימים, וייתכן מאוד שלזמן רב יותר במשימות עתידיות.

מי שמחפש את תא השירותים בסרטונים של החללית יתקשה למצוא אותו, מהסיבה הפשוטה שהוא מוסתר מתחת לרצפה. במיקרו-כבידה אין משמעות לכיוונים כמו למטה או למעלה, לכן השירותים יכולים להיות בתקרה כמו בדרגון או ברצפה כמו באוריון. הדבר היחיד שקובע את כיוון הזרימה של התוצרים הוא מערכת השאיבה. השירותים באוריון דומים מאוד לשירותים האמריקאים בתחנת החלל הבינלאומית, אבל קטנים וצפופים יותר, בלי מושב אסלה ממש, רק פתח, ועם מערכת נפרדת לאיסוף שתן. היתרון הגדול שלהם הוא שיש להם דלת מוצקה של ממש, שיכולה לבודד קצת רעשים וריחות, ולתת לאנשי הצוות כמה דקות של פרטיות במשימה צפופה מאוד. חללית אוריון מרכזת את הצואה אבל יכולה לפלוט את השתן לחלל, ממש כמו בתוכנית אפולו, שבה האסטרונאוטים נהנו מהמראות המרהיבים בדרך.

מאחורי הדלת הסודית. האסטרונאוט הקנדי ג’רמי הנסן (Hansen) מציג את השירותים בחללית אוריון:

שירותי החלל עברו דרך ארוכה מהחלליות הראשונות עד תחנות החלל והחלליות המודרניות. עם זאת, גם כיום השירותים האלה יכולים לשמש רק בתנאי מיקרו-כבידה, ולא כשהאסטרונאוטים לובשים חליפות חלל, בהמתנה לשיגור או בפעילות מחוץ לחללית. מה עושים במקרה כזה? ממש כמו פעם: עדיין משתמשים בחיתולים.