在月球或火星蓋房子!? 談太空建築6大挑戰

目前為止,人類對於外太空建築的設計還主要集中在以國際空間站或火星探測隊計畫為核心的工程上,而這些工程絕大多數由歐洲 ESA 或美國 NASA 等政府機構委托建造。不過近年來,逐漸有更大範圍的群體開始關注這一話題,如建築師或社會學家為代表的各行業專家,以及部分企業家和投資人等。這些新出現的團體開始參與21世紀新太空競賽,挑戰外太空建築環境設計的難題。

科技的迅速發展、世界人口的膨脹以及氣候變遷危機等問題的出現正好促使人類思考地球之外的生活會是怎樣。隨著這種趨勢的發展與思考的聚集,社會上開始出現打破傳統框架、探索全新領域的機遇(如 NEOM)以及支持這類研究的新組織(如 SATC 和 SICSA)。雖然目前還沒有人登上火星,但以“火星城市科學”(Martian City Science)為代表的一系列進行中計畫和模擬實驗正開展中,借此探討外太空新人類王國的設計、建造和居住等未來性課題。

對於正在研究外太空建築設計的人來說,現在主要面臨六項挑戰:

 

  1. 用水效率

Bjarke Ingels 在杜拜針對他的空間原型火星“城市”談到:我們人類在地球上擁有15億立方米水資源,然而在火星上卻只有500萬立方米,因此我們必須達到超高效的水資源利用效率。火星上沒有現成的水資源,飲用水將通過加熱當地土壤中冰塊的方式獲得,冷凝之後又將埋存在土壤中,再覆上土層。生產出的一部分水將被儲存起來,而另一部分將用於分解製造氧氣。

這將促使我們重新考量當下正被想當然進行著的各種水資源相關環節,這些環節涵蓋廣泛,小到如直接利用的基礎功能,大到農業消耗或畜牧養殖等次級工序——當然農業也會受到用地減少等因素的挑戰,而基於養殖的肉食方式或許將被淘汰。不使用水的建造也將成為主要的生產方式,同時廢水處理相比新水再生也將變得更加容易。

 

  1. 再生能源

火星上沒有化石可供利用,所以我們將不能使用化石燃料,因此火星能源必將是可再生的。太陽能、風能以及核能將成為化石能源的替代品。作為探討了如何利用火星資源的眾多項目之一,MARS-ONE 生命支持單元計畫提出使用輕便靈活的覆膜太陽能光伏電池板來轉化電能,這種光伏電池板可以卷起來收納,便於從地球運輸到火星。

  1. 極端環境

火星環境異常極端,沒有可供呼吸的空氣、表面重力極小、沒有磁場、大氣也非常稀薄,因此輻射水平相當高。

從建築視角來看,建築師應當思考如何建立能夠儲存空氣的特殊封閉空間以及保護人類免遭輻射侵害的建築殼體或構造。現在有四種建築構造被認為是最適合火星基地的建造方法:堅實的金屬或塑料結構、可擴展結構、地下管道以及磚石結構。

建造過程本身將非常低效甚至危險。以月球為例,其表面覆蓋著一層由鋒利的細小顆粒形成的輕薄的月球塵埃層,宇航員一旦呼吸過度,這些顆粒就會被吸入體內,進而劃傷肺部。這層月球塵埃帶有靜電,會附著在裝備和宇航服表面,使得月球上的建設工作如同在一個充滿超強石棉的工地上進行建造一樣。這種工作環境更適合於機器人而不是人類自身。

多年以前,福斯特及其合夥人設計了一個可供四人居住的月球基地,在充氣式穹頂表面覆蓋了一層用月球土壤材料3D列印而成的保護層。基地殼體的設計受到自然生物系統中空心封閉細胞結構的啟发,用於保護未來居民免受隕石、伽馬射線和高溫波動的影響。智能空間工廠(AI SpaceFactory)研發的技術利用了月球或火星資源作為機械3D列印建築和基礎設施的原材料。在地資源利用與自主建造的結合使得星球表面的建設變得安全高效。

 

  1. 如何回收

另一個有關外太空建築及建造的巨大挑戰是思考怎樣更加明智地利用資源。在火星上,移動僅一公斤重的物品就需要耗費大量火箭燃料,因此根本沒有過度消耗或浪費的餘地。所有的配置及建造必須盡可能高效。這意味著我們應該把所有環節看成一個整體系統,無論我們把它稱作循環經濟還是可續性,抑或是循環式生命支持系統,它都必須是100%無浪費的。

  1. 成本效益

受極端環境和無法處理廢物的條件所限,建築師必須利用在地材料及機器人技術或人工智能來優化施工過程。鑒於每5噸的月球有效載荷將花費1億美元的成本,一棟平均50噸重的地球房屋的載荷將耗費10億美元成本,並需要往返月球10次才能完成配送。如果我們掌握如何從月球表面獲取建造材料,那麽相同重量條件下將負載50輛機器探測器,並建造一處月球前哨基地。

ZA Architects 在“火星殖民計劃”中提出了一種太陽能機器人,用於為人類在抵達月球之前挖掘建造居住場所。這種機器人可以選擇火星表面存在六方柱玄武岩的區域,將玄武岩移除,由此獲得教堂一樣的岩洞空間,然後在空間中利用玄武岩纖維編織出網狀結構,從而在洞穴內各種高度建造出不同樓層。

在 NASA 測試中,智能空間工廠成功驗證了生物高分子和玄武岩複合材料可以作為超強度建造材料使用,這些地球上儲量豐富的材料可以取代占據全球碳排放量9%的混凝土和鋼材,成為更具有可持續性的替代建材。

 

 

  1. 可居住性

JoannaKozicka 明確指出:在每一個孤立的封閉環境中都會发生社會心理問題,這些問題包含了各種生理及心理疾病,範圍涵蓋了從頭痛、睡眠障礙到情緒崩潰等。她所進行的科學研究表明:一些建築性策略將為人類福祉帶來巨大影響——其中最重要的是有一個寬闊舒適的基地、和煦的陽光、美麗的景觀、與自然的接觸、靈活寬敞的室內空間,同時還要有適當的隔離,由此分隔開熱鬧與安靜、明亮與黑暗、公共與私密、工作與居住的場所。

另一家應對這項挑戰的公司“宇宙飛船”(Spacecraft)正在研究各種以人為本的課題(如微型社會),希望能借此提升人類生活品質,並將技術系統同人機界面結合起來。他們的設計內容豐富,從宇航員的互動遊戲延伸到溫室設計集成,乃至“月球漫步者”——一個基於空間及空間元素與人類行為密切相關的前提下設計出的行走式月球基地。幸運的是,借助南極、沙漠、地下或深海等現有的封閉式生態系統,我們已經能夠在地球上搭建一系列模擬環境,從而在派人前往外太空之前就對許多以人為本的設計假設完成測試和驗證。

Source: Archdaily, Forbes

發佈留言

%d 位部落客按了讚: