为宇航员设计太空设施是最基本也是最常被考虑的因素之一，因为任何人在太空中待得够久，迟早都要使用洗手间。但实际上，这比你想象的要复杂得多。当阿波罗时代航天器上简陋的系统被航天飞机上能正常工作的马桶取代后，美国国家航空航天局（NASA）才真正体会到在太空如厕的挑战，因为在轨道上，重力无法提供任何帮助。
在阿波罗时代，太空排便既尴尬又不愉快。对于水星计划的宇航员来说，这不是什么大问题，因为他们的飞行时间很短，一个收集尿液的系统就足够了。即便如此，他们还是被要求采取所谓的“低残渣”饮食，以尽量减少固体排泄物和飞行期间排便的需求。双子座和阿波罗计划的宇航员也采取了类似的饮食，但由于任务持续时间长达两周，他们不可能在飞行期间不排便。解决方案很粗糙：一个大号的、管状的塑料袋，开口处有一圈粘合剂，宇航员可以将其贴在裸露的臀部上。一个特殊的“手指管”可以让宇航员在不接触的情况下，清除皮肤上的任何排泄物。在用纸巾和湿巾擦拭干净后，两者都被加入到粪便收集袋中，宇航员会加入一袋杀菌剂，通过从袋子外部挤压来将其捏碎。封好后，袋子会在任务期间被储存起来；当时没有办法将固体废物安全地排出航天器。在月球上，宇航员会穿上尿布以备不时之需，但没有人真正使用过它们。
在阿波罗任务中，使用粪便收集系统的宇航员通常会脱光衣服，以避免排泄物弄脏衣物，而他的机组成员则会尽量远离他，因为航天器内并非空气清新。从开始到清理干净，整个过程可能需要一个小时才能完成。
与这种由袋子、手指管和杀菌剂组成的粪便收集系统相比，NASA在航天飞机上首次推出的马桶简直是奢华的。
随着NASA宇航员队伍 从1978年开始扩展到包括女性，新的马桶必须同时满足男性和女性的需求；阿波罗时代的尿液收集系统，一个类似安全套的袋子，可以将尿液输送到储液袋或从航天器侧面排出，这对女性来说是行不通的。结果是设计得非常接近普通马桶，它利用气流而不是重力来分离用户产生的废物。
宇航员会坐在（在微重力条件下尽力而为）一个加压的马桶里小便或排便。马桶内部有快速流动的空气和一个高速的“甩干器”，可以将废物收集并抛向马桶内壁。然后，风扇会产生足够强的气流来分离液体和固体废物，液体废物会被排出到舱外，而固体废物则暴露在太空真空中进行真空干燥，然后储存在舱内。整个系统依赖于一系列泵、风扇和马达协同工作。它还需要大量的维护。机组人员必须每天用水清洗，如果出现异味问题，则需要更换异味和细菌过滤器。
在NASA的首次航天飞机任务STS-1中，尿液收集系统工作良好，但粪便收集系统却不尽如人意。结果喜忧参半，不仅因机组人员而异，也因每次使用情况而异。
有一个气流问题是由一个被水浸湿的活性炭过滤器和风扇引起的，进而损坏了异味和细菌过滤器。整个系统无法收集和储存废物，而且气流问题意味着它无法将液体与固体物质分离。一切都堵塞了，以至于在任务结束时，马桶无法使用了。幸好，阿波罗时代的尿液和粪便收集系统作为备用设备被带上了船。
但在STS-1任务中，还有一个问题。通过暴露在太空真空中对粪便进行真空干燥，往往会产生粪便粉尘，如果整个系统不能完美工作，这些物质可能会进入通风系统，将这种粪便粉尘散布到舱内。这正是STS-1任务返回时发生的情况。粉尘进入了环境控制系统，少量进入了主舱。危险在于，这些物质可能会接触到宇航员的眼睛、鼻子或喉咙——基本上是人体任何天然湿润的部位——它会重新凝聚。而这，不用说，很快就会成为一个非常严重的问题。
STS-1任务的机组人员安然无恙，但确实报告了马桶使用上的问题，因为它在将废物与用户身体分离方面效果不佳。STS-1任务之后，该系统被从航天飞机上拆下，送回承包商进行翻新和整体改造。
在STS-2任务发射之前，对系统进行了修改，包括增加了一个太空异味和细菌过滤器，并改变了维护程序以减少进水几率。尽管如此，由于马桶内部电机机制的问题，问题依然存在。
最终，一个简化的、重新设计的系统在1984年11月发射和着陆的STS-41D任务中进行了飞行。甩干器/马达总成被完全移除，这有效地消除了粪便粉尘的产生，并降低了整个系统的噪音和能耗。这次改造还使系统更容易使用和维护，这两点都是太空飞行的优势。
自早期那些充满问题的航天飞机飞行以来，太空马桶及其相关系统一直在不断发展。如今，在国际空间站上，尿液通过过滤系统处理并转化为饮用水，而粪便则通常被压缩并与垃圾一起丢弃，任其在大气层中燃烧殆尽。
感谢Mike Allyn向我讲述STS-1任务中飘浮的粪便粉尘的故事！资料来源/进一步阅读： John Tribe口述历史访谈； STS-1异常报告； STS-1任务报告； 阿波罗CSM后勤培训手册。
