可持续外太空建筑:从想象到实践

发布时间:2019-11-18   转载请注明:http://www.xingyingzhao.com/eluosijianzhu/2019/1118/1758.html 
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  2019年,建筑事务所SEArch+和3D打印公司Apis Cor在NASA发布的3D打印太空栖居地虚拟建筑竞赛中赢得了第一名。NASA举办的这项竞赛始于2015年,著名高技派建筑事务所Norman Foster在2017年也参加了太空建筑设计竞赛。今年的竞赛要求为四名即将在火星工作一年时间的科学家和工程师设计一个可持续的居所,并只能使用火星现有材料。SEArch+设计的火星冰屋(Mars Ice House)建立在水能源的运用基础上,团队使用“跟随水”的概念方法来定位和构建一座罕见的地上四层冰屋。冰屋的外立面由地下冰层材料组成,把光线带入火星建筑中,同时保护内部空间免受辐射。

  随着太空任务的难度加大、时长增加,单一的太空舱已无法满足需求,这就导致由单体向聚落转变的趋势。另外,从当下最先进的外层太空设计中可以发现,飞船的生活空间设施越来越地球化。无论是设备工程师,还是建筑师,在营造飞船内部人类生存环境时都尽量使其贴近陆地环境。尤其是太空建筑师需要考虑长时间生活在地球上的居民如何适应陌生的太空环境,除了要制定合理的功能分区,还要营造出适宜地球人在太空中长期生活,缓解压力、孤寂感和恐惧感的人性化舒适环境。返回搜狐,查看更多

  再者,建设多人共存的太空环境需要开发更多建筑材料和能源的可能性。例如,火星上恒定温度低于零的地区都可以作为适宜的建筑材料,而在许多行星表面都需要增加一层防止升华的覆盖材料,维持恒定温度和热量,同时遮蔽宇宙射线。目前,我们已经可以利用太阳能布置光伏器件,为部分太空建筑全天候发电。随着核聚变技术的突破与发展,未来我们也可以采用核聚变进行发电,为更先进的太空设备提供能源。

  同样重要的是,要维持一个可持续的太空环境,必然要考虑如何减少、避免、循环利用太空垃圾的问题。太空垃圾不仅会产生碰撞的危险,也在根本上破坏了太空建筑的生态环境。因此应尽可能使用可分解材料与废弃物循环回收系统,以最大限度地降低垃圾数量,从而降低垃圾运输的成本。

  俄国宇航科学家齐奥尔科夫斯基曾预言:“地球是人类的摇篮,但人类绝不会永远生活在这个摇篮里。”从艺术家马列维奇和李西茨基开始,对太空建筑已经有了初期的想象,通过三维的角度诠释了“至上主义”,并将绘画的理念转向建筑设计的理念。在此之后的拉多夫斯基、克鲁季科夫等俄罗斯前卫建筑师作为第一代宇航建筑师为其后的建筑事业提供了宝贵的经验。以加琳娜·巴拉绍娃为首的第二代宇航建筑师,终生致力于建筑内部的装置布局、合理的内部功能分区等,旨在缓解宇航员在太空环境中长时间承受的压力。在他们“超经验”和“不可理解”的宇宙主题抽象创作中,饱含了人类对宇宙的最初幻想。

  其次,如何在太空环境中保证可循环生产和使用水源也是一大难题。例如火星表面并没有液态水,当地的气候条件决定了水在火星上只能以气体或冰的形式存在,并且也只有少量的蒸汽存在于稀薄的大气中。

  21世纪,太空建筑从在外太空模拟地球自然状态的小型空间,进入到了探索地外行星环境的新阶段,因此如何建设可持续的太空环境迎来了新的挑战。

  21世纪,随着人类宇航科技不断发展、认知能力的不断提升,人类正朝月球进发并试图登上小行星,进而在21世纪上半叶实现登陆火星。今年,欧洲航天局(ESA)已经制作出了第一批生物打印的皮肤和骨骼样本,其研发的3D打印人体组织可以帮助宇航员在前往火星的旅途中保持健康的身体机能。

  2017年,SpaceX创始人兼首席设计师埃隆·马斯克(Elon Musk)宣布了迄今为止最有雄心的地外行星与卫星殖民化计划,其中包括在2022年之前建成一个月球基地和一个永久的火星殖民地。2017年10月,在上海城市空间艺术季展览中,博埃里建筑设计事务所(Stefano Boeri Architetti)和同济大学未来城市实验室关于2117年进行了想象和假设。他们猜想:如果人们无法扭转地球气候变暖,那么大都市将会被水淹没。应对当下的太空探索趋势,设计师们模拟了一个火星上的“垂直森林”,百年后的新上海将诞生于播种在火星表面的一颗生态系统种子中,这颗种子可以在太阳系空间站之间穿梭,内部会产生大气层和利于植物、人类生命生存的气候。展览用放大的高科技装置作品来展示,参观者们可以使用现场装备或者下载应用软件,感受星际绿色城市景象。

  要建设适合人居的太空环境,首要问题是空气。人类的生存需要的空气成分、比例、温度、湿度以及压强都需要与地球表面基本相同。因此在太空建筑中,要均匀分布能够自动调节的智能自动化生命保障系统,包括电解制氧、吸收有害气体等的系统设备,以确保太空建筑内部空气的稳定。

  2019年SOM建筑事务所公布了他们对“月球村”的愿景,即在月球表面建设第一个永久性的人类居住区。SOM与欧洲航天局(ESA)和麻省理工学院(MIT)合作规划了该虚拟设计项目。月球村的设计围绕自给自足和自我修复的原则,由恒定日照时间决定,总体规划设想在月球南极附近的沙克尔顿陨石坑的边缘。水储存在南极洼地中,用以生产可呼吸的空气和火箭推进剂。此外,每个模块的风化层都将连接起来,以实现人们跨结界的移动。

  冯·布劳恩(Wernher vonBraun)太空站由盖特威基金会(Gateway Foundation)资助,以美国太空飞行之父、火箭科学家和太空建筑师的名字命名。冯·布劳恩为未来的太空游客设计了一个旋转的空间站,站中包括卧室、酒店设施和科学家研究区域,酒吧和餐厅则可以通过人工引力和天然材料下降到地面。这座太空建筑将可持续性发挥到新的高度。在太空中,每一盎司的水都会被净化和再利用。洁厕水循环使用,反复冲洗,或用作压舱系统来平衡船舶或为火箭提供燃料。冯·布劳恩设计的家具也将使用3D打印机在空间站轨道上制造,打印材料可以融化成细丝反复使用。为了营造可持续程度更高的太空建筑环境,冯·布劳恩太空站为人类的未来发展作出了相当大的贡献。预计空间站将于2021年开始建设,2025年投入使用。

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