姚芳沁

19 7 0年代初，當(dāng)工業(yè)設(shè)計(jì)師Raymond Loewy被NASA聘任為居住顧問時(shí)，經(jīng)常和項(xiàng)目主管工程師發(fā)生爭 執(zhí)。

比如說，太空飛行器是否該設(shè)計(jì)窗戶，工程師認(rèn)為，在飛行器上安裝窗戶是一件非常耗時(shí)且昂貴的工程，從結(jié)構(gòu)上也存在危險(xiǎn)，至于對飛行任務(wù)的成功與否它們卻不帶來任何價(jià)值。但Loewy認(rèn)為，窗戶能幫助宇航員休閑放松，不帶窗戶的設(shè)計(jì)是毫無人性的，他堅(jiān)持不論花多少錢都應(yīng)把它放上去。

事實(shí)證明他的堅(jiān)持是正確的，從那以后，NASA的每架太空飛行器中都安裝了窗戶。

技術(shù)的不斷進(jìn)步激發(fā)了越來越多的商業(yè)公司參與到對太空的探索之中。太空旅行甚至是太空移民，也要考慮到更多的人性關(guān)懷因素，這讓建筑師和設(shè)計(jì)師—這個(gè)傳統(tǒng)意義上離太空很遠(yuǎn)的群體—有了發(fā)揮的空間。

“建筑師和設(shè)計(jì)師擅長將來自不同領(lǐng)域的，甚至是互相沖突的要素合成到同一個(gè)空間內(nèi)。”英國建筑事務(wù)所Foster + Partners的特種模型團(tuán)隊(duì)對《第一財(cái)經(jīng)周刊》說。這個(gè)曾設(shè)計(jì)了包括蘋果新總部大樓等知名項(xiàng)目的建筑設(shè)計(jì)公司參與過不少太空設(shè)計(jì)項(xiàng)目，包括2011年為Virgin Galactic在美國新墨西哥州設(shè)計(jì)的全球第一座民用太空終端。Virgin Galactic目前使用這個(gè)太空機(jī)場測試其太空飛行項(xiàng)目。

不過，最出名的還是它在2015年為NASA設(shè)計(jì)的火星建筑。Foster + Partners設(shè)想了一個(gè)由火星土壤建成的 93平方米的居住空間。他們會(huì)傘投三種不同的機(jī)器人，一個(gè)負(fù)責(zé)選址并挖一個(gè)深度為1.5米的坑，一個(gè)負(fù)責(zé)處理土壤搭建建筑結(jié)構(gòu)，另一個(gè)負(fù)責(zé)使用微波將松動(dòng)的火星土壤材料牢固地融合在一起。

“這個(gè)創(chuàng)意考慮到了運(yùn)輸、建筑、運(yùn)行等多重因素，火星和地球間的遙遠(yuǎn)距離使得通信會(huì)延遲，所以這個(gè)工程執(zhí)行中要盡可能不依賴人類指導(dǎo)，為機(jī)器設(shè)定規(guī)則和目標(biāo)，而不是把每一步的詳細(xì)指示羅列給它們，這樣系統(tǒng)在面對預(yù)料之外的問題時(shí)就擁有更強(qiáng)的適應(yīng)性?！盕oster + Partners的特種模型團(tuán)隊(duì)解釋說。此外，不同的機(jī)器人負(fù)責(zé)執(zhí)行不同任務(wù)。一旦其中一個(gè)出現(xiàn)故障，另外兩個(gè)機(jī)器人也可以靈活替 補(bǔ)。

至于室內(nèi)設(shè)計(jì)則包括不同的居住模型，當(dāng)中公共和私人空間組合交替，F(xiàn)oster + Partners試圖通過使用軟性材料，并結(jié)合虛擬界面的互動(dòng)，來創(chuàng)造一個(gè)舒適高效的居住環(huán)境。

自2012年NASA的機(jī)器人好奇號探測器登陸火星之后，關(guān)于火星移民的興趣越發(fā)高漲，建筑設(shè)計(jì)師們也覺得地球滿足不了他們的好奇心了。

就在這一年，來自荷蘭的創(chuàng)業(yè)者Bas Lansdorp成立了一個(gè)價(jià)值40億英鎊（約合400億元人民幣）的項(xiàng)目Mars One，計(jì)劃2023年在火星上建立人類的第一個(gè)永久居住地。這些人將生活在由多個(gè)充氣單元組成的模塊化環(huán)境中，總空間體積為1000立方米。在人類抵達(dá)之前，空間內(nèi)部將充滿可供呼吸的空氣，并容納一個(gè)可以種植蔬菜的農(nóng)場，室外還將安裝太陽能面板。Mars One將挑選出7組由4名成員組成的團(tuán)隊(duì)，在接受7年訓(xùn)練之后，到2023年，第一支團(tuán)隊(duì)將率先前往火星定居。2013年，Mars One開放報(bào)名之后，瞬間收到了來自140個(gè)國家的20萬份申請。

NASA也不甘落后。Foster + Partners的火星居住項(xiàng)目設(shè)計(jì)正是由NASA舉辦的火星居住設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽最終入圍的30個(gè)作品之一。在這之前的2013年，NASA宣布正在開發(fā)一個(gè)太空3D打印工廠，一年后確認(rèn)在國際空間站內(nèi)打印出第一個(gè)物件。在這次挑戰(zhàn)賽中，NASA也要求參賽者使用3D打印技術(shù)以及已知火星上的原生材料為4名宇航員設(shè)計(jì)居所。它總共收到了160份報(bào)名，最終奪冠的是來自紐約的建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所SEArch （Space Exploration Architecture）和Clouds AO （Clouds Architecture Office）所設(shè)計(jì)的冰屋。

冰屋設(shè)計(jì)是參賽者中少有的沒有使用到火星土壤作為建筑材料的設(shè)計(jì)之一，而是利用冰作為建筑的表面結(jié)構(gòu)。用一個(gè)冰屋套在另一個(gè)冰屋內(nèi)的結(jié)構(gòu)能隔絕火星表面極為惡劣的氣候環(huán)境—最高溫度20攝氏度到最低溫度零下150攝氏度的巨大溫差。水對光譜的吸收能減輕紫外線輻射，同時(shí)保證室內(nèi)適度的自然光照明。把代表生命的水作為建筑材料，也能讓人類感覺更親近。

雖然NASA的挑戰(zhàn)賽只針對美國的公司發(fā)起，但并不影響它在全球引發(fā)不同公司參與的興趣。法國3D打印公司Fabulous就組織了一批科學(xué)家和建筑師設(shè)計(jì)了一座泡泡形的火星建筑。

這座建筑同樣也由內(nèi)部和外部兩層拱形結(jié)構(gòu)組成，它們之間由水區(qū)隔?；鹦潜砻姘苍O(shè)一條走廊，人類可以通過這個(gè)走廊進(jìn)入拱形建筑內(nèi)部。從概念設(shè)計(jì)草圖來看，室內(nèi)將由地上和地下空間構(gòu)成，由一個(gè)旋轉(zhuǎn)樓梯連接，還會(huì)有室內(nèi)植物種植空間。

整個(gè)建筑的組裝會(huì)使用一個(gè)中央鉆桿，鉆入地下幾米的深度之后，伸出兩支機(jī)器手臂，它們將收集周圍建筑材料并3D打印出建筑室內(nèi)外所需要的結(jié)構(gòu)部件。

這個(gè)設(shè)計(jì)使用到了火星表面豐富的氧化鐵元素，它們可以作為3D打印的原始材料。粉狀的鐵顆粒在激光處理下加固黏合。機(jī)器手臂還會(huì)尋找凍土，把它們加熱融化后放入內(nèi)外層拱形墻壁之間，起到抵抗太陽輻射的作 用。

盡管如此，西班牙建筑師Alberto Villanueva認(rèn)為，目前這些火星居住方案并不理想，它們無非都是搭建一個(gè)個(gè)可供人體適應(yīng)的密閉空間。而他的設(shè)想則徹底打破了空間的束縛，讓人類在火星上的居住環(huán)境可以更開放自 由。

在Villanueva所設(shè)計(jì)的名為“火星烏托邦”的概念中，智能的3D打印機(jī)可以在火星表面探測到那些底部藏有冰凍水的隕石坑，在這些隕石坑上就能利用火星自有的土石材料搭建建筑結(jié)構(gòu)。這些建筑可以在周圍電磁場的作用下收集能量，融化地下的冰凍水。

6個(gè)月后，這些建筑會(huì)自動(dòng)瓦解，并由一種新型的生物發(fā)光結(jié)構(gòu)取代。冰凍水融化后會(huì)滋生細(xì)菌，在它們的作用下，這種新型結(jié)構(gòu)可以很容易被打印出來，它們可以將火星表面的二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣。Villanueva預(yù)計(jì)兩個(gè)月足以讓這些新型建筑為火星創(chuàng)造出小型的可持續(xù)的大氣層。在這個(gè)階段之后，未來移民火星的人們就可以獲得足夠的氧氣。而這種生物建筑會(huì)在5年之后自動(dòng)銷毀，不會(huì)給火星表面的生活帶來任何障礙。

Villanueva建議，可以從夏威夷或是澳大利亞開始測試“火星烏托邦”概念的可行性。

Villanueva表示，他是為了解決地球人口膨脹問題才有了這個(gè)設(shè)計(jì)靈感的?！疤占夹g(shù)的研發(fā)很多時(shí)候反過來能應(yīng)用于地球，比如LED、耳溫計(jì)，甚至便攜式電腦最早都是為了太空開發(fā)而研發(fā)的。建筑師的最大優(yōu)勢就是他們的工作既包括創(chuàng)意又包括科學(xué)，他們能找到這兩個(gè)領(lǐng)域之間的連接點(diǎn)?！盫illanueva對《第一財(cái)經(jīng)周刊》 說。

和Villanueva一樣，F(xiàn)oster + Partners接受太空開發(fā)項(xiàng)目也是為了探索地球上未來建筑的可能性。這些太空項(xiàng)目能讓他們測試極端環(huán)境下的設(shè)計(jì)手段，比如大型3D打印、機(jī)器人技術(shù)以及閉環(huán)可持續(xù)設(shè)計(jì)，它們同樣可以用于地球上的建筑設(shè)計(jì)，不過只有在外太空環(huán)境下，它們才變得必需，因而太空也就成為最佳試驗(yàn)場。

“強(qiáng)迫自己參與到這些項(xiàng)目中，在一些小型但極為復(fù)雜的建筑設(shè)計(jì)中整合入新的技術(shù)和設(shè)計(jì)理念，能為未來建筑設(shè)計(jì)提供新的靈感，也是引起普通人關(guān)注的好機(jī)會(huì)?！盕oster + Partners的特種模型團(tuán)隊(duì)說。

Foster + Partners認(rèn)為，雖然距離人類可以短期訪問月球或火星已經(jīng)非常接近，但在外星球上永久定居則是另一碼事。它意味著不僅要讓人們滿足起碼的生存，還得保證他們活得快樂。利用就地資源實(shí)現(xiàn)建筑、供水和燃料等技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出來，但在長期輻射、失重和孤立的環(huán)境下，人體在生理和心理上會(huì)產(chǎn)生怎樣的反應(yīng)，還需更多研究。

2017年由NASA資助的一項(xiàng)太空模擬居住項(xiàng)目當(dāng)中，在夏威夷把6個(gè)科學(xué)家關(guān)在靠近火山的偏僻地區(qū)的一個(gè)密閉空間內(nèi)，測試他們在孤立環(huán)境下生活的心理反應(yīng)。雖然測試結(jié)果還算令人滿意，不過這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)并不算完全封閉，因?yàn)槊扛魩讉€(gè)月會(huì)有人給他們送吃的，他們也允許穿著太空服走出艙室散步。

除了人類以外，如果再加入其他物種同處在同一個(gè)封閉空間內(nèi)，顯然要復(fù)雜得多。

意大利建筑師Stefano Boeri、上海同濟(jì)大學(xué)未來城市實(shí)驗(yàn)室以及中國國家航天局三者合作，為火星設(shè)計(jì)了一個(gè)“垂直森林城市”的概念。這個(gè)裹著各種綠植的高塔建筑會(huì)在巨型的密閉穹頂空間內(nèi)生長。

Boeri最早于2014年就在米蘭建成了兩座110米高的綠色建筑，建筑表面的綠植能過濾塵土，為建筑內(nèi)的人們提供健康的迷你生態(tài)環(huán)境。Boeri還為瑞士洛桑、荷蘭烏得勒支和中國南京設(shè)計(jì)過類似的方案。

不過，類似的封閉生物空間在過去也有過一些失敗案例。1990年代開始，人們就逐步探索這一方案在太空中應(yīng)用的可行性，進(jìn)入空間內(nèi)負(fù)責(zé)生態(tài)管理的科學(xué)家很難維持不同物種間的生態(tài)平衡，控制植物和動(dòng)物的數(shù)量挑戰(zhàn)重重，二氧化碳水平的波動(dòng)使得氧氣水平降到危險(xiǎn)級別，到了最后，科學(xué)家們反而為了爭搶食物打了起來。

這也再次證明，技術(shù)從來都不是解決問題的全部。

那些腦洞大開的太空項(xiàng)目