在微重力环境下，液体和固体废物不会像在地球上那样自然下落，而是会悬浮并可能飘散到舱内的各个角落。这一物理特性决定了空间废物管理系统必须采用完全不同于地面卫生设施的工程方案。Artemis II 任务搭载的通用废物管理系统（Universal Waste Management System，以下简称 UWMS）是 NASA 五十余年来微重力卫生技术积累的结晶，其核心设计围绕三个关键工程问题展开：如何实现废物的有效密封、如何通过空气抽吸实现废物传输、以及如何在有限空间内完成废物的固化存储。
双风扇分离器：尿液与粪便的同步收集
UWMS 最为核心的技术创新在于其双风扇分离器（Dual Fan Separator，简称 DFS）设计。该系统将尿液处理通路和粪便处理通路整合到同一个紧凑单元中，两个风扇安装在同一电机轴上，通过高速旋转产生负压气流。这种一体化设计的直接优势是显著降低了系统的质量和体积 —— 根据 NASA 公布的工程数据，UWMS 的质量约为 ISS 早期 toilet 系统的 65%，同时占用的舱内空间减少约 30%。
在尿液收集环节，系统使用专门的尿液收集装置（Urinal），该装置针对男性和女性航天员的生理结构进行了优化设计，实现了真正的男女通用。与早期 ISS toilets 必须区分使用的设计不同，UWMS 的尿液收集器采用人体工学外形，并通过可调节的密封圈确保在微重力环境下能够形成有效的气密连接。尿液进入系统后，首先经过预处理程序 —— 向尿液中添加化学防腐剂以抑制细菌生长和气体产生，随后被输送至尿液处理器（Urine Processor Assembly）进行后续的蒸馏回收处理。
粪便处理则通过一个带有座椅垫的收集口实现，航天员使用时需要使用专用固定装置将身体稳定在马桶上。马桶内部同样采用气流抽吸设计，排泄物在离开人体后立即被负压气流捕获，并通过专用的传输管道送入存储容器。这一设计彻底解决了 Apollo 时代塑料袋系统的核心痛点 —— 在微重力条件下手动处理排泄物极易造成泄漏和飘浮事件。NASA 的历史记录显示，Apollo 10 任务中曾出现粪便在舱内漂浮的尴尬情况，Apollo 8 任务的航天员甚至需要追逐清理泄漏的呕吐物和粪便。
空气抽吸与密封系统：微重力传输的关键
UWMS 的空气抽吸系统是整个废物管理的动力核心。系统通过安装在舱外的鼓风机产生持续的气流，气流速度经过精确计算 —— 过快会增加航天员的不适感，过慢则无法有效捕获废物颗粒。根据 NASA 公布的工程参数，系统的气流速率维持在每秒 3.5 至 5 升的范围内，这一数值是在充分考虑废物形态多样性和捕获效率后确定的。
密封系统是保障微重力废物不泄漏的第二道防线。UWMS 在所有废物入口处都采用了可充气密封圈设计，当航天员就坐或使用尿液收集装置时，密封圈自动充气膨胀，紧紧贴合人体皮肤与收集口之间的间隙。同时，整个废物处理单元被封闭在一个独立的舱室中，舱室配备可关闭的门 —— 这一设计在 ISS 早期的 toilet 系统中是不存在的，航天员只能依靠简单的帘幕获得有限的视觉遮挡。Artemis II 任务的 Orion 舱内版本更进一步强化了密封性能，以适应月球轨道任务中可能遭遇的振动和加速度环境。
废物固化与存储：面向深空任务的演进
对于执行近地轨道任务的 ISS 而言，废物处理的压力相对有限 —— 货运飞船定期将存储的废物带走处理或在大气层中燃烧销毁。然而，Artemis II 任务以及后续的月球和火星任务完全不同：航天器无法频繁获得地面补给，废物必须在舱内长时间存储。这意味着 UWMS 必须具备将废物固化、减容的能力，以最大化利用有限的存储空间。
粪便废物在进入存储容器后，系统会对其进行机械压缩以减少体积。压缩后的废物与预处理剂混合，形成稳定的凝胶状物质，显著降低了泄漏风险和气味扩散的可能性。尿液经过预处理后送入蒸馏系统，水分被回收再利用，残余的浓缩废物同样进入存储容器。根据 NASA 的任务规划，UWMS 在 Artemis II 任务期间需要能够支持四名航天员在约 10 天的任务周期内完成废物收集和存储，而该系统的设计冗余则考虑了更长时间的任务需求。
ISS 到 Orion：月球任务的技术适配
虽然 Artemis II 使用的 UWMS 基于 ISS 验证的版本，但针对月球轨道任务进行了多项关键修改。Orion 飞船的内部空间比 ISS 更为狭窄，马桶系统必须进一步优化布局。同时，月球任务中的辐射环境比近地轨道更为严苛，电子元器件和密封材料需要额外的防护设计。此外，Artemis II 任务的时间窗口和发射条件要求马桶系统能够在火箭发射阶段的高加速度环境下保持密封完整性 —— 这一问题在 ISS 轨道运行时几乎不会遇到。
值得注意的是，Artemis II 任务在发射后不久即报告了马桶系统出现故障，地面团队不得不进行紧急修复。这一事件本身也印证了 NASA 官员 David Munns 的判断：“马桶是 ' 任务关键 ' 系统，如果出现故障，整个任务都会陷入危险。” 对于未来的月球表面任务和火星任务，废物管理系统的可靠性和可维护性将是决定任务成败的核心因素之一。
从 Apollo 时代令人 “反感” 的塑料袋，到 Artemis II 功能完善的通用废物管理系统，微重力卫生技术经历了漫长的演进历程。UWMS 的核心设计理念 —— 基于空气抽吸的同步收集、男女通用的密封设计、以及面向深空任务的固化存储 —— 为人类执行更长时间、距离更远的太空任务奠定了关键的工程基础。NASA UWMS 项目经理 Melissa McKinley 的话或许最能概括这一技术的意义：“当我们从这次任务中获得更多数据时，它将真正推动未来 Artemis 任务以及火星任务中的废物管理方案发展。”
参考资料：
- Scientific American: "Artemis II's toilet is a moon mission milestone" (2026-04-01)
- NASA Technical Reports Server: "NASA Universal Waste Management System and Toilet Integration Hardware Operations on ISS" (2022)