在不太遙遠(yuǎn)的未來(lái)殖民火星是一個(gè)激動(dòng)人心的可能性

“太空旅行再次讓我們所有人都成為了孩子們。”盡管雷·布拉德伯里寫(xiě)下這些話近七十年，但他們最近在今天的世界中引起了新的共鳴。人類伸出的手臂伸向火星的紅色天體并將手指纏繞在它周圍的曾經(jīng)令人生畏的夢(mèng)想不僅可以實(shí)現(xiàn)，而且可以在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，為了達(dá)到“人類的一次巨大飛躍：第二部分”，需要從一群聰明的，開(kāi)拓性的人那里投入大量的努力：火箭科學(xué)家和工程師，宇航員和分析師，當(dāng)然還有一個(gè)背心與殺手平頂?shù)哪腥恕?/p>

但如果人類想要到達(dá)火星，還有一個(gè)更重要的位置：建筑師。這是對(duì)的，如果人們想要在火星上殖民，他們將需要在地球表面生活和工作的結(jié)構(gòu)?？梢赃M(jìn)行大約3700萬(wàn)英里行程的結(jié)構(gòu)(從地球發(fā)射重型有效載荷并非易事)，然后抵御與日常火星生命相關(guān)的嚴(yán)峻和挑戰(zhàn)(如果您認(rèn)為發(fā)射這些有效載荷很難，試著登陸他們)。

諸如保持加壓，熱收縮和膨脹以及可能是輻射的最大問(wèn)題的挑戰(zhàn)。使這些問(wèn)題復(fù)雜化的另一個(gè)原因是地球上沒(méi)有一個(gè)地方可以準(zhǔn)確地模仿火星進(jìn)行結(jié)構(gòu)和材料測(cè)試。

“火星赤道附近的日間溫度可能被認(rèn)為與地球相似，可以達(dá)到華氏70度，但在夜間降至可怕的-100華氏度，這只能與南極洲大陸相比，”Olga Bannova，博士，Lic說(shuō)道。 。英國(guó)休斯頓大學(xué)Sasakawa國(guó)際空間建筑中心(SICSA)主任。“火星上的條件也非常干燥，只能與智利阿塔卡馬沙漠中最干燥的部分相比。”此外，由于火星的大氣層與地球的成分，密度和壓力大不相同，因此火星結(jié)構(gòu)需要加壓，使水下成為進(jìn)行這些測(cè)試的最佳場(chǎng)所。總結(jié)一下，

迄今為止最詳細(xì)的火星引力圖。該地圖是利用美國(guó)宇航局深空網(wǎng)絡(luò)從火星軌道上的三個(gè)NASA航天器收集的多普勒和距離跟蹤數(shù)據(jù)得出的：火星全球探測(cè)器，火星奧德賽和火星偵察軌道器。美國(guó)航空航天局提供。

但是，由于現(xiàn)代科學(xué)的樂(lè)趣，許多這些環(huán)境可以在實(shí)驗(yàn)室中人工創(chuàng)建。這有助于解決在地球上構(gòu)建和測(cè)試火星人棲息地的一些問(wèn)題，但為了使它們真正成為火星棲息地，需要考慮3700萬(wàn)英里行程的細(xì)節(jié)。事情變得非常棘手。

火星：沒(méi)有人類允許

“火星上的第一個(gè)棲息地不會(huì)被3D打印。它們將被預(yù)制，并將通過(guò)蠻力登陸，“AI SpaceFactory的Extraplanetary Habitats&Systems主管Jeffrey Montes說(shuō)。

班諾娃表示贊同。“目前我們所做的一切都需要維持在火星上的居住需要從地球帶到那里，”她說(shuō)。這意味著不僅需要超重型發(fā)射系統(tǒng)，而且結(jié)構(gòu)的大型著陸器也是必要的，因?yàn)榻德鋫阍诨鹦堑南”〈髿鈱又袩o(wú)效。

這也意味著設(shè)置這些第一個(gè)結(jié)構(gòu)將不會(huì)由Wall-E和3D打印機(jī)完成，而是通過(guò)良好的老式(人類)肘部潤(rùn)滑脂。沒(méi)錯(cuò)，宇航員在距離家數(shù)百萬(wàn)英里的外星球上進(jìn)行體力勞動(dòng)。這導(dǎo)致了另一個(gè)需要解決的問(wèn)題：限制宇航員在深空中的時(shí)間，以便在到達(dá)目的地后盡可能保持健康和高效。根據(jù)Bannova的說(shuō)法，這意味著開(kāi)發(fā)能夠更快地到達(dá)火星的新推進(jìn)系統(tǒng)。更快的旅行意味著宇航員抵達(dá)后將處于更好的身體和心理狀態(tài)。宇航員越健康，建立和測(cè)試第一套住房的成功機(jī)會(huì)就越大。

但即使宇航員及其所有設(shè)備快速安全地到達(dá)火星，也存在一個(gè)問(wèn)題，即高于其他問(wèn)題：輻射。談到輻射，有一個(gè)首字母縮略詞NASA，或任何其他希望到達(dá)火星的人，專注于：ALARA，盡可能合理地實(shí)現(xiàn)。

從美國(guó)宇航局的火星探索火星精神看火星景觀。美國(guó)航空航天局提供。

火星沒(méi)有像地球一樣的保護(hù)磁層。結(jié)合其稀薄的大氣層，這意味著火星表面經(jīng)常暴露于來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)，宇宙射線和太陽(yáng)耀斑的高水平輻射。在一年的時(shí)間里，火星上的宇航員將接觸的輻射水平比國(guó)際空間站上的宇航員所經(jīng)歷的輻射水平高出約2.5倍。目前尚不清楚在這些水平長(zhǎng)時(shí)間接觸輻射對(duì)于宇航員忙于殖民火星意味著什么，但癌癥，放射病甚至死亡都可能發(fā)生。

更不用說(shuō)，在穿越深空并避免在外星球上安全降落并試圖躲避雨滴等宇宙輻射之間避免寒冷之間的某種程度之間，這些勇敢的探險(xiǎn)家將不得不抽出時(shí)間來(lái)建立不間斷的巨型千瓦功率供應(yīng)，種植食物，保持身體，情感和心理健康。除此之外，在火星上設(shè)計(jì)和建造建筑應(yīng)該真的是小菜一碟。雖然這是一系列問(wèn)題，但目前正在開(kāi)發(fā)的許多解決方案將使紅色星球更加熱情好客。

在地上的洞里住著一名宇航員?

一些科學(xué)家已經(jīng)建議住在火星上的唯一方法是安全地避開(kāi)輻射，大溫度波動(dòng)是生活在地下建造的類似霍比特人洞的地方。

每個(gè)人最喜歡的古怪億萬(wàn)富翁伊隆馬斯克(Elon Musk)都提出使用Boring公司(馬斯克的基礎(chǔ)設(shè)施和隧道建設(shè)公司)技術(shù)創(chuàng)造的不僅僅是地下霍比特人洞，還有火星上的整個(gè)地下城市;想到一個(gè)螞蟻農(nóng)場(chǎng)，但對(duì)人類來(lái)說(shuō)。

不是每個(gè)人都同意，如果我們想要在火星上殖民，我們注定要成為一群鼴鼠。為了設(shè)計(jì)長(zhǎng)期生活和繁榮的建筑，避免生活在地下，需要改變心態(tài)，“不僅要看到火星環(huán)境的防御位置，還要看到共存，適應(yīng)的地方，甚至享受，“班諾娃說(shuō)。關(guān)鍵是要盡量減少來(lái)自地球的物流，并最大限度地利用現(xiàn)場(chǎng)外部結(jié)構(gòu)資源。在第一批宇航員和他們的預(yù)制結(jié)構(gòu)進(jìn)入火星之后，所有后續(xù)結(jié)構(gòu)絕對(duì)必須由火星本身可以提供的材料建造。

渲染可能的火星棲息地。禮貌的SICSA。

在這方面，已經(jīng)做了很多工作。幾乎每天都有一家新的建筑公司或一群聰明的boffins發(fā)布了關(guān)于如何在火星上生活的新想法的細(xì)節(jié)?？偛课挥诳死蛱m的建筑公司Redhouse Studio與美國(guó)宇航局艾姆斯研究員林恩羅斯柴爾德一起提出將真菌作為殖民火星的秘密。同時(shí)，作為其百年挑戰(zhàn)計(jì)劃的一部分，美國(guó)宇航局一直在舉辦一場(chǎng)正在進(jìn)行的3D印刷人居比賽，以利用現(xiàn)場(chǎng)資源在火星上建造一個(gè)3D打印的棲息地。

Montes和AI SpaceFactory已成為NASA競(jìng)賽的一部分。AI SpaceFactory的MARSHA是一種3D打印結(jié)構(gòu)，它放棄了典型的低矮圓頂，有利于直立的信標(biāo)，在挑戰(zhàn)的密封測(cè)試階段獲得了第二名。

Montes和其他AI SpaceFactory團(tuán)隊(duì)在火星上進(jìn)行3D打印的解決方案使用玄武巖纖維增強(qiáng)聚乳酸(PLA)。玄武巖纖維將從火星巖石中提取，而PLA將從火星上生長(zhǎng)的植物中提取。由于PLA的總原子量較低，它將被證明是電離宇宙輻射的有效屏障。此外，PLA和玄武巖將提供標(biāo)簽團(tuán)隊(duì)的努力，以防止火星的極端熱波動(dòng)。PLA以其低導(dǎo)電性而聞名，玄武巖是最好的絕緣體之一。MARSHA還使用雙殼系統(tǒng)(認(rèn)為雙窗玻璃)，將可居住的空間與溫度波動(dòng)引起的自然膨脹和收縮隔離開(kāi)來(lái)。

然而，3D打印火星上的任何結(jié)構(gòu)都有其自身的一系列挑戰(zhàn)需要解決。在3D打印過(guò)程中，材料(在MARSHA的情況下，玄武巖纖維增強(qiáng)PLA)逐層沉積，如果您要打印更大的結(jié)構(gòu)，如火星棲息地，則在給定之前有大量時(shí)間使用另一層材質(zhì)再次傳遞點(diǎn)。Montes說(shuō)，這種層之間的聯(lián)系是“主要的工程挑戰(zhàn)”。特別是當(dāng)您考慮在火星上需要的印刷品需要在一夜之間暫停時(shí)。

在任何情況下，材料都會(huì)在硬化和冷卻時(shí)收縮，但是火星上的劇烈熱變化會(huì)放大這種效應(yīng)。這是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)楫?dāng)印刷品在第二天恢復(fù)時(shí)，機(jī)器人認(rèn)為應(yīng)該存放下一層將是不正確的。如果目標(biāo)是達(dá)到可以自主建造火星棲息地的程度，那么負(fù)責(zé)施工的計(jì)算機(jī)和機(jī)器人將需要能夠進(jìn)行自校準(zhǔn)。

然而，另一種選擇是放棄半自治的完全自治權(quán)，人類和計(jì)算機(jī)正在共同努力創(chuàng)造這些棲息地，但稍后會(huì)更多。

GIMME SHELTER

經(jīng)過(guò)如此多的努力，開(kāi)發(fā)出一種能夠承受火星嚴(yán)酷性的外部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空間很容易落在路邊。然而，這些空間對(duì)于居住者的健康和福祉同樣重要。

“我的方法是設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)和多功能的空間，特別是船員應(yīng)該能夠根據(jù)自己的喜好修改空間的個(gè)人宿舍，”班諾娃說(shuō)。“我們不知道一旦他們已經(jīng)在火星上，人們會(huì)有什么感受。機(jī)組人員可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，在地球上為他們預(yù)先設(shè)計(jì)的任何東西并不能真正在火星上為他們提供最佳服務(wù)并且必須進(jìn)行更改。“除了靈活的家具和物理空間布局之外，工作人員的生物識(shí)別信號(hào)可用于改變實(shí)時(shí)環(huán)境，比如根據(jù)給定成員的核心溫度調(diào)節(jié)溫度，或根據(jù)脈搏血氧飽和度讀數(shù)調(diào)節(jié)氧氣流量。

Bannova和Montes所強(qiáng)調(diào)的另一個(gè)重要組成部分是使用真實(shí)窗戶為居住者提供外部觀察機(jī)會(huì)，即使虛擬窗戶也被合并。MARSHA采用間歇式窗戶和大型充水(有助于阻擋輻射)天窗，采用雙殼設(shè)計(jì)，既自然光又能減輕任何幽閉恐懼癥的感覺(jué)。還包括晝夜照明系統(tǒng)，以幫助為船員重建地球光。

此外，技術(shù)不僅有助于建造這些火星棲息地，而且它也將成為整合到棲息地內(nèi)部的關(guān)鍵組成部分。人工智能，機(jī)器學(xué)習(xí)，虛擬和混合現(xiàn)實(shí)以及/或機(jī)器人助手等技術(shù)將被整合到這些棲息地中，最終目標(biāo)是提供有效的人機(jī)交互方式。但是，為了避免船員失去做出關(guān)鍵決定的能力，還需要考慮我們想要一個(gè)棲息地的聰明程度(“我很抱歉Dave，我擔(dān)心我不能這樣做”敲響任何鈴聲? )。“在自主系統(tǒng)和船員控制的操作之間確定平衡有助于為船員和任務(wù)滿意度創(chuàng)建優(yōu)化的棲息地設(shè)計(jì)，”Bannova說(shuō)。換句話說(shuō)，它有助于保持船員的腳趾。“我不認(rèn)為完全自動(dòng)化就是答案，”Montes表示贊同。“你必須知道何時(shí)說(shuō)'我們足夠自主。'”

例如，讓我們回到完全自主3D打印的想法。這在理論上聽(tīng)起來(lái)很棒，但實(shí)際上可能會(huì)導(dǎo)致比它值得更多的麻煩。在暫停一夜之后使用宇航員重新校準(zhǔn)打印機(jī)不僅可以消除創(chuàng)建可以自己完成此任務(wù)的機(jī)器人的需要，而且還可以使宇航員與周圍環(huán)境更緊密地連接，這意味著更少的錯(cuò)誤。

直接與火星資源合作的人類將幫助我們更好地了解地球，并創(chuàng)造機(jī)會(huì)開(kāi)發(fā)新技術(shù)和技術(shù)，以創(chuàng)建火星建筑語(yǔ)言和景觀。就像在地球上一樣，它將更好地讓火星建筑發(fā)展并變得更加適應(yīng)人類的需求和需求。“這就是我們?cè)谔战ㄖ刑剿鞯膬?nèi)容，”班諾娃說(shuō)。“我們填補(bǔ)了人類，工程系統(tǒng)和環(huán)境設(shè)計(jì)之間的空白。”一旦填補(bǔ)了這些空白，生活在火星上的圖片就會(huì)真正開(kāi)始形成。