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    如何成功建造月球以及火星基地

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      牛顿

      应该是我十二岁的时候,我父亲带我看了一个太空展,就在离这不远的布鲁塞尔。我记得那一年是1988年,也是冷战结束的那年。那段时间美俄的竞争还在继续,为那场展览带来了一些噱头。美国宇航局带来了一个超大的航天飞机,但是俄国人呢,把和平号空间站带了过来。实际上那些只是训练舱,所以你可以进去参观并且进行实地操作。那些可都是真家伙——这里有按钮,那里是电线,这边是宇航员吃饭的地方,那边是他们工作的地方。等我回了家,第一件事就是画宇宙飞船。但不是科幻小说里的那种飞船,而是现实中的飞船工程图。这幅画里涵盖了飞船船体上的材料剖面,电路的分布,螺钉的位置。

      如何成功建造月球以及火星基地

      而值得庆幸的是,我并没有成为一名航天工程师,而是成为了一名建筑师。这是过去的十年半内我所参与的项目中的一部分作品。这些项目造型各异,外形千差万别,这是因为它们是根据所处环境而设计建造的。它们各自都有各自的限制。我认为当你受到外界严格的限制的时候,设计这项工作就变得十分有趣。

      这些作品现在位于世界的不同地方。但几年前,这张地图变得不那么实用了。它太小了。我们必须加上这个,因为我们准备在月球上为欧洲航天局打造一个项目。他们让我们在月球上设计一个栖息地,并在火星上为NASA也打造一个,这是一场观察火星栖息环境的较量。无论你到了什么地方,作为一名建筑师,当你想设计一些东西的时候,你会观察当地的建筑,并把它当成范例。

      如何成功建造月球以及火星基地

      而在月球上,这一点非常难以做到,因为月球上只有这个东西。那里只有阿波罗探测号。它上一次到这儿的时候,我还没出生,而人类只在上面待了3天。所以对我来说,这只是一个时间比较久的野营旅行,不是么?只不过价钱很高。而问题在于,当你准备在另外一个星球,比如月球上进行建造的时候,我们要怎么到那里,通过怎样的方式到达那儿。那么首先,假如要把1公斤的东西搬到月球表面,就需要大概20万美元,这非常昂贵。所以,你必须让你的设计非常轻巧。其次,空间。空间有限,不是么?这是阿里安5号火箭。

      如何成功建造月球以及火星基地

      而这个火箭你能利用的空间大概只有4.5m x 7m,可能还不到。由此可见,这需要一个可压缩或者轻巧的建筑系统,而我正好有这样一个系统。这个非常致密而且非常轻便。实际上,这是我更早的时候做的一个样本。

      现在,我们遇到了一个问题,可膨胀的材料非常不结实。他们需要额外的保护措施,尤其是当你处于像月球这样恶劣的环境中的时候。就好比这样。月球地表的温差可达200度。即在基地的一面温度为100摄氏度,而另外一面的温度则为零下100摄氏度。我们需要保护我们的材料来免受温差的影响。

      而且月球上基本没有什么磁场,这就意味着,任何形式的辐射——太阳辐射,宇宙辐射都可以直接到达地表。我们自身也需要保护自己免于受到这些辐射的影响,尤其是宇航员。第三点,但还不是最后一点,月球没有大气层,这就意味着任何陨石砸到月球上,沿途是不会被烧灼的,就这么直直地砸到月球表面。这就是月球表面有这么多环形山的原因。与此同时,我们也需要为宇航员提供相应的防护措施。

      如何成功建造月球以及火星基地

      那么,什么样的结构能够满足这些条件?实际上,最好的方式就是洞穴,因为洞穴的质量很大,我们也正好需要足够的重量,足够厚的墙体去隔绝这些温度、辐射以及那些些随时可能掉下来的陨石。所以这就是我们的解决方式。

      就如你所见,我们设计了这样一个蓝色的区域,这就是月球基地可压缩的部分。它包含了大量的居住以及实验室的空间,并且通过圆柱状的这个东西与洞穴外壳相连,这些就提供了足够的支撑结构,以及所有的生存所需和空气开关。在这个建筑物的顶部我们设置了一个穹顶结构,这个结构因其巨大的重量能够保护我们。

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      我们从哪里能够获取到这种材料呢?我们真的要从地球上向月球运输混凝土和水泥么?当然不能这么做,因为这样的做法代价太大。成本太高了。于是我们准备直接利用月球上的材料。而我们现在也采用与地球上相同的方法处理这些材料。不管我们建在哪里或者我们建造什么,我们经常在思考如何利用这些材料。

      对于月球而言,真正的问题是月球有哪些可以利用的建筑材料?事实上,可用的材料不多。但仍有一种可以考虑。就是月尘,或者用个更容易让人理解的名字——土壤,月壤。这种材料最大的优势就是随处可见,不是么?月球的表面都是由这种物质所覆盖的。覆盖的厚度由20厘米到几米不等。但是我们要如何利用这些材料呢?在这里我们需要用到3D打印机。每次我问你们3D打印机是什么的时候,你们首先会想到的多半是它的体积,以及它们可能也就打印出这么小的东西。我当然不会真的把大体积的3D打印机运到月球上来打印我的月球基地。我会利用更小的仪器,大概这么大。

      如何成功建造月球以及火星基地

      这是一个小仪器,小型的探测车,有一个小的铲子,它会把月球的土壤运到建造穹顶的位置,然后把一层薄薄的土壤堆在那儿,接着其他机器会把这些土壤固化,一层接一层,直到几个月后完成整个基地的建造。你也许注意到我们专门设计出了一种结构,我今天也带了一个小样本。我们把它称为闭口泡沫结构。看上去非常自然。我们在这个建筑中采用这种结构是因为我们只需要对建筑的一部分结构进行强化,这就意味着我们可以从地球上少搬运点东西,而同时这个结构也更加轻巧。

      这种设计思路即从一种保护性的穹顶覆盖整个建筑物,也同样被运用在了火星建造项目上。你们可以看到,这里有三个穹顶建筑物。你们可以看到这些打印机也在打印这些结构。但是月球的项目与火星的项目有一个巨大的区别。这个我得解释一下。这个图片显示了月球相较于地球的大小,以及月球与地球之间的距离,大概有40万公里。而如果我们要去火星,火星与地球的距离——这个图片是由在火星上的机器人以它的视角拍摄的地球图像。你们大概只能看到这么小小的一点,那就是地球,4亿公里之外。

      如何成功建造月球以及火星基地

      这么大的距离带来的问题在于这是地球到月球距离的一千倍,真的非常遥远,这就意味着我们不能与“好奇”号探测器有直接的无线电联系。我就不能在地球上进行电子遥控。我不能这么下达命令“嘿,火星探测器,左转。”因为信号需要20分钟才能传达到火星。直到20分钟后,这个探测器才能进行左转,接着又要经过20分钟,它的反馈信息才能传达到我这儿,“好了,我已经完成左转了。”所以因为距离的问题,这些探测仪与机器将必须自主作业。

      其中唯一的问题在于抵达火星这个任务风险很大。我们也仅仅在几周前了解到这一点。那么,如果一大半的机器都不能达到火星,我们该怎么办?实际上,与月球上仅仅建造一到两个探测器不同,我们将会建造很多,成千上百。它们看上去就像蚁巢那样。白蚁,就算它们的巢穴中有一半的成员都没了,剩下的白蚁仍能够建造起蚁巢。只不过时间会长一点。同理,即使有一半的机器不能抵达火星,火星基地仍可以搭建起来,只不过时间要长一点。于是我们设计了三种不同的机器。在后方,就那个最大的那种,是专门用于挖土的。

      如何成功建造月球以及火星基地

      然后,我们设计了搬运机,专门用于将土壤转移到建筑基地处。最后一种,就是前面拥有细小支撑的机器,它们并不需要频繁的移动。只需要移动到一层又一层的土壤上,然后将土壤加热固化,一层一层地建造起这种穹顶建筑。那么——我们很想实践这种设计,于是我们外出进行试验,建造了一大群这样的机器。就是这个。我们制造了10个这样的小家伙。我们拿这些机器去处理重达6吨的沙子,看这些机器在地球上是如何工作的,如何搬运地球上的土壤。当然,它们并不是由人工操控的。没有人下达比如左转、右转等指令或者预设路径。

      相反,它们仅仅被给予了一个基本任务:即把沙子从这个区域移到另外一个区域。如果它们在路上遇到了比如岩石之类的障碍,它们必须自行解决。或者碰上了另外一个机器,或者更为极端的,它们必须能够自己做决策。如果它们中的一半都死机或者没电了,它们也有完成这一项任务的能力。那么到现在,我已经介绍了不少背景知识了。但是这不仅仅局限于机器上。还与栖息地有关。在火星上,我们决定采用穹顶联排的三体结构,如果这三个建筑中有一个没能成功,那么其他两个依然能形成一个基地,这是因为每一个建筑都在地底建有独立的生存支持系统,所以它们能够独立运转。

      如何成功建造月球以及火星基地

      总体看来,你们也许觉得这个想法很疯狂。为什么你身为一名建造师会参与到航天领域中来?因为它就是这样一个技术性的学科。我一直以来都确信从一个创造性或者设计性的角度而言,每一个建筑师都能解决非常复杂繁琐的问题。我确信在太空栖息地项目这一块,设计与建筑仍能占据一席之地。感谢大家。(掌声)

      参考资料

      1.Wikipedia百科全书

      2.天文学名词

      3. Yu Xie-astron- Yolanda Zhang

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