صبح ۵ مه ۱۹۶۱، آلن شپرد درون کپسولی به اندازه یک اتاقک تلفن به صندلی بسته شده بود که سرانجام میکروفون را فعال کرد و به تیم پرتاب گفت که نیاز به ادرار دارد. مأموریت مرکوری-ردستون ۳ که نخستین پرواز فضایی سرنشیندار آمریکا بود، قرار بود از لحظه پرتاب تا فرود در آب تنها ۱۵ دقیقه طول بکشد. هیچکس برای ادرار کردن فضانورد داخل لباس فضایی راهکاری طراحی نکرده بود، چون انتظار نداشتند خلبان پیش از پرتاب موشک چندین ساعت در لباس فضایی بماند.
مهندسان درباره این موضوع بحث کردند و برای مدتی نگران اتصال کوتاه حسگرهای پزشکی بودند که روی سینه شپرد چسبانده شده بود، اما در نهایت به او گفتند این کار را انجام دهد. شپرد داخل لباس فضایی نقرهای خود ادرار کرد. لباسهای زیر نخی بخش زیادی از آن را جذب کردند و محیط مملو از اکسیژن خالص داخل کپسول نیز باعث خشک شدن آن شد. حدود یک ساعت بعد، فضاپیمای Freedom ۷ از سکوی شماره ۵ در کیپ کاناورال به پرواز درآمد و نخستین آمریکایی را به فضا برد.
چگونه یک پرواز ۱۵ دقیقهای به چهار ساعت انتظار تبدیل شد؟
پرواز زیرمداری شپرد پیش از آنکه سرانجام صبح ۵ مه ۱۹۶۱ انجام شود، با چندین تأخیر مواجه شد. او پیش از طلوع آفتاب داخل کپسول قرار گرفته بود. شمارش معکوس به دلیل وضعیت آبوهوا متوقف شد. سپس یک مشکل جزئی در اینورتر باعث توقف دیگری شد. بعد نیز مهندسان برای بررسی مجدد یک فشارسنج در موشک تقویتکننده ردستون، شمارش معکوس را متوقف کردند.
تا زمانی که موشک سرانجام موتورهایش را روشن کرد، شپرد بیش از چهار ساعت داخل Freedom ۷ محبوس شده بود. این کپسول او را در یک مسیر زیرمداری به فضا برد و حدود ۱۵ دقیقه پس از پرتاب در اقیانوس اطلس فرود آورد.
تفاوت میان زمان انتظار و زمان پرواز تقریباً خندهدار بود: چهار ساعت انتظار برای تنها ۱۵ دقیقه پرواز. لباس فضایی نیز بر اساس زمان پرواز طراحی شده بود، نه مدت زمان انتظار روی سکوی پرتاب.
چرا لباس فضایی سیستم دفع ادرار نداشت؟
لباس فضایی مرکوری در واقع نسخهای اصلاحشده از لباس پرواز نیروی دریایی آمریکا برای ارتفاع بالا بود. این لباس آلومینیومی، در قسمت گردن و مچها کاملاً بسته و با اکسیژن خالص تغذیه میشد. برای بررسی ضربان قلب و تنفس شپرد نیز سیمهای پزشکی روی سینه او چسبانده شده بود.
اما هیچ سیستم جمعآوری ادراری در آن وجود نداشت، زیرا برنامه مأموریت به چنین چیزی نیاز نداشت.
برنامهریزان پروژه مرکوری روی کاغذ همهچیز را محاسبه کرده بودند. یک پرواز زیرمداری تنها حدود ۱۵ دقیقه طول میکشید. خلبان نیز پیش از پوشیدن لباس فضایی میتوانست به دستشویی برود. بنابراین اضافه کردن وزن، پیچیدگی و احتمال نشت ناشی از یک سیستم لولهکشی برای پروازی کوتاهتر از یک وعده ناهار منطقی به نظر نمیرسید.
این استدلال برای خود پرواز منطقی بود، اما برای شمارش معکوس چنین نبود.
گفتوگو با مرکز کنترل
گزارشهای اعضای تیم پرتاب که بعدها در تاریخ شفاهی ناسا ثبت و در روایتهای مختلف بازگو شدند، در مورد اصل ماجرا اتفاق نظر دارند. شپرد که کمکم احساس ناراحتی میکرد، درخواست کرد او را از کپسول خارج کنند تا به دستشویی برود. به او گفته شد باز کردن دریچه و خارج کردن لباس فضایی ساعتها زمان میبرد و احتمالاً باعث لغو پرتاب میشود.
او راهحل واضح دیگری را پیشنهاد کرد. مهندسان مردد بودند، زیرا حسگرهای پزشکی درست در مسیر مایعی قرار داشتند که ممکن بود در امتداد بدن او حرکت کند.
پزشکان پرواز نگران تجهیزات الکترونیکی بودند. شپرد بعدها در روایت خودش از ماجرا گفت که در نهایت با اشاره به اینکه در هر صورت قصد دارد این کار را انجام دهد، به بحث پایان داد.
تیم پزشکی حسگرها را خاموش کرد. شپرد ادرار کرد. لایه نخی داخل لباس بیشتر آن را جذب کرد و محیط مملو از اکسیژن خالص نیز باقیمانده رطوبت را بهسرعت خشک کرد. زمانی که شمارش معکوس ادامه پیدا کرد، حسگرها دوباره روشن شدند و بهدرستی کار میکردند.
این اتفاق چه چیزی را تغییر داد؟
این ماجرا معمولاً بهعنوان یک داستان خندهدار درباره نخستین فضانورد آمریکایی تعریف میشود، اما در واقع لحظهای بود که نیاز به سیستم دفع ادرار در پروازهای فضایی سرنشیندار بهطور جدی مطرح شد.
مهندسان ناسا و شرکتهای سازنده لباس فضایی خیلی زود سیستمهای جمعآوری ادرار را برای مأموریتهای بعدی توسعه دادند؛ از جمله مأموریتهای مداری مرکوری که پس از پرواز شپرد انجام شدند.
البته مشکل هرگز بهطور کامل ناپدید نشد، بلکه پیچیدهتر شد. در مأموریتهای آپولو، کیسههای مخصوص دفع مدفوع اضافه شدند؛ تجهیزاتی که فضانوردان در متن مکالمات خود از آنها بهعنوان یکی از بدترین ابزارهایی که استفاده کرده بودند یاد کردهاند.
شاتل فضایی نخستین توالت واقعی برای استفاده در شرایط بیوزنی را به همراه داشت. امروزه نیز ایستگاه فضایی بینالمللی از سیستمی برای بازیافت ادرار و تبدیل آن به آب استفاده میکند و بخش زیادی از مایعات تولیدشده توسط خدمه را بازیابی میکند.
حتی امروز نیز سیستمهای دفع فضولات یکی از چالشهای مهم پروازهای فضایی سرنشیندار هستند. کپسول سرنشیندار Artemis II به توالت جدیدی برای استفاده در شرایط بیوزنی مجهز شده است. نسخههای اولیه این سیستم مدیریت فضولات نیز هزینههای توسعه بسیار بالایی داشتند و خودشان با مشکلات فنی مختلفی مواجه شدند.
۶۵ سال پس از آنکه لباس زیر شپرد خیس شد، مهندسان همچنان با همان مشکلات مربوط به مایعات، درزها و خرابی سیستمها دستوپنجه نرم میکنند.
شپرد واقعاً چه پروازی انجام داد؟
پس از آنکه موشک ردستون سرانجام روشن شد، پرواز تقریباً دقیقاً طبق برنامه پیش رفت. شپرد پرواز موتوری، بیوزنی و نیروهای گرانشی قابلتوجهی را هنگام ورود مجدد به جو تجربه کرد. او در اقیانوس اطلس فرود آمد و یک بالگرد از ناو USS Lake Champlain او را از آب خارج کرد.
یوری گاگارین ۲۳ روز پیش از شپرد به دور زمین چرخیده بود. پرواز شپرد زیرمداری، کوتاهتر و از نظر فنی کمپیچیدهتر بود. اما این پرواز بهصورت زنده از تلویزیون آمریکا پخش شد.
ترکیب پرواز گاگارین و شپرد، اهمیت روانی و سیاسی رقابت فضایی را بهشدت افزایش داد و زمینه را برای رویدادهای بعدی، از جمله سخنرانی جان اف. کندی درباره فرستادن انسان به ماه پیش از پایان دهه، فراهم کرد؛ سخنرانیای که تنها ۲۰ روز پس از بازگشت شپرد انجام شد.
شپرد یک دهه بعد بار دیگر به فضا رفت. او در مأموریت آپولو ۱۴ روی ماه قدم گذاشت و بهطور مشهور دو توپ گلف را با یک سر چوب گلف تغییر یافته روی سطح ماه پرتاب کرد.
حتی مأموریت آپولو ۱۴ نیز با تأخیر ناشی از شرایط آبوهوایی مواجه شد؛ به این ترتیب، دوران حرفهای شپرد تقریباً با تأخیرهای پرتاب آغاز و پایان یافت.
چرا همین جزئیات کوچک مأموریتها را تعیین میکنند؟
برنامهریزان پروژه مرکوری انتظار داشتند شمارش معکوس طبق برنامه پیش برود. اما شمارش معکوس همیشه طبق برنامه پیش نمیرود.
یک مشکل در اینورتر، چند توده ابر بر فراز کیپ کاناورال یا اختلال جزئی در یک حسگر میتواند یک ساعت به زمان انتظار اضافه کند. یک ساعت اضافه میتواند نیازهای بدن انسان داخل لباس فضایی را تغییر دهد.
این الگو همچنان ادامه دارد. در برنامه آرتمیس ۲ نیز مشکلات مربوط به سیستمهای کوچک باعث تأخیرهایی شدهاند. مشکلات جریان هلیوم در بخش بالایی موشک SLS نیز موجب تأخیر در پرتاب شده است.
هلیوم، گازی بیاثر که برای تحت فشار قرار دادن خطوط انتقال سوخت استفاده میشود، چندان جذاب به نظر نمیرسد. سیستم جمعآوری ادرار نیز همینطور. اما موشک بدون هیچکدام از این سیستمها نمیتواند پرواز کند.
بخش دشوار پرتاب فقط فیزیک موشک نیست؛ فیزیک مایعات نیز به همان اندازه اهمیت دارد.
داستان چگونه روایت شد؟
برای سالها، ماجرای ادرار کردن شپرد بیشتر در خاطرات فضانوردان و تاریخ شفاهی ناسا مطرح میشد و بعدها وارد روایتهای عمومیتر شد.
تام ولف در سال ۱۹۷۹ نسخهای از این ماجرا را در کتاب «The Right Stuff» آورد. فیلم اقتباسی فیلیپ کافمن در سال ۱۹۸۳ نیز این صحنه را به تصویر کشید و نگرانی تیم پزشکی درباره حسگرها را نشان داد.
مطالب تاریخی ناسا معمولاً این اتفاق را نه بهعنوان یک شوخی، بلکه بهعنوان یک درس مهندسی روایت میکنند.
در مورد یک جزئیات، روایتها با یکدیگر تفاوت دارند: اینکه آیا شپرد هنگام صحبت با مرکز کنترل از الفاظ رکیک استفاده کرده یا نه. برخی روایتها نشان میدهند که با طولانی شدن تأخیر، او با تیم پرتاب تندتر صحبت کرده است. برخی دیگر این گفتوگو را کوتاه اما کاملاً حرفهای توصیف میکنند.
اما نتیجه ماجرا مورد اختلاف نیست: شپرد داخل لباس ادرار کرد، حسگرها برای مدتی خاموش شدند و پرواز ادامه پیدا کرد.
نکته فیزیولوژیکی
پرواز فضایی انسان همیشه تا حدی با مسئله مایعات سروکار داشته است: عرق، ادرار، خون، بخار آب داخل کابین و مایع خنککننده در سیستم لباس فضایی.
فضانوردانی که ماهها در ایستگاه فضایی بینالمللی زندگی میکنند، بهطور قابلاندازهگیری تراکم استخوان خود را از دست میدهند. این کاهش عمدتاً به دلیل تغییر توزیع مایعات بدن در شرایط بیوزنی و تغییر عملکرد بدن در نبود گرانش طبیعی رخ میدهد.
کلیهها نیز در فضا متفاوت عمل میکنند و ترکیب شیمیایی ادرار تغییر میکند. اقدامات مقابلهای باید بر اساس واکنش واقعی بدن انسان در شرایط بیوزنی طراحی شوند.
هیچکدام از این مسائل در مه ۱۹۶۱ بهطور کامل شناخته نشده بود. پرواز شپرد نیز آنقدر کوتاه بود که نمیتوانست اطلاعات زیادی درباره این موضوعات ارائه کند.
اما پرواز او یک نکته را همان ابتدا به مهندسان یاد داد: انسانی که داخل لباس فضایی قرار دارد، یک سیستم زیستی است که بر اساس یک ساعت مشخص کار میکند و این ساعت اهمیتی به شمارش معکوس موشک نمیدهد.
سکوی پرتاب در آن صبح چگونه بود؟
تمام مأموریتهای سرنشیندار بعدی به نوعی این درس را با خود همراه کردند.
هنگامی که خدمه مأموریت Fram2 اسپیسایکس در آوریل ۲۰۲۵ نخستین پرواز سرنشیندار واقعی به مدار قطبی را انجام دادند، کپسول Dragon به سیستم دفع فضولات مجهز بود که برای مأموریتی چندروزه طراحی شده بود.
وقتی Artemis II سرانجام مأموریت گردش به دور ماه را انجام دهد، کپسول Orion توالتی در اختیار خدمه خواهد گذاشت که هزینه ساخت و توسعه آن بسیار بالا بوده است.
اگر روزی یک فضاپیمای سرنشیندار برای سفر به مریخ مدار زمین را ترک کند، سیستم لولهکشی و دفع فضولات یکی از سیستمهایی خواهد بود که پزشکان پرواز با دقت آن را زیر نظر خواهند داشت.
همه اینها را میتوان در یک خط مستقیم به یک خلبان آزمایشی نیروی دریایی بازگرداند؛ مردی که روی صندلی خود دراز کشیده بود، داخل یک لباس نقرهای در سکوی شماره ۵ قرار داشت، از طریق پریسکوپ به روشن شدن آسمان نگاه میکرد و منتظر موشکی بود که طبق برنامه پرتاب نمیشد.
او سرانجام به مردان داخل ساختمان کنترل گفت که باید تصمیمی بگیرند.
حدود یک ساعت بعد، او پرواز کرد.
وقتی بالگرد بازیابی او را روی عرشه ناو Lake Champlain قرار داد، لباس فضاییاش هنوز کمی خیس بود.
