そもそも宇宙建築って何?–月面に「快適な住宅」をつくる構想を解説(原文鏈接)
淺聊在月球上蓋房的構想(日文翻譯)
原文:
そもそも宇宙建築とは
宇宙建築と聞くと、多くの人はSF映畫に出てくる宇宙基地などを想像するのではないでしょうか。しかし、宇宙建築の実現はそう遠い未來の話ではなく、現実味を帯びつつあります。既に世界各地で研究や開発が行われています。
そもそも、宇宙建築とは、地球圏外に建設される人間が暮らすための構造物のことです。大きく3種類の構想が進んでおり、1つ目は國際宇宙ステーション(ISS)のような宇宙空間に浮かぶ構造物、2つ目は月面の建築、3つ目は火星の建築です。本記事では、特に研究が進んでいる月を設計対象地とした計畫について紹介します。
翻譯:
宇宙建筑是什么
一聽到宇宙建筑,很多人會聯想到科幻電影中的太空基地。但是,宇宙建筑已不是太遙遠的事情,它正逐漸變得有現實意義,當今世界各地正進行著相關的研發。
宇宙建筑指的是在地球圈外建造供人類居住的建筑物。目前在進展中的有3種類型,第1種是像國際宇宙空間站(ISS)那樣浮在宇宙空間中的建造物,第2種是月球表面的建筑,第3種則是在火星上的建筑。在本文中,專門對以月球為設計對象的研究計劃進行介紹。
原文:
「月面住宅」を3Dプリンターで建設する米ICONの構想
「Project Olympus」は、3Dプリンティング技術を用いて月面住宅を建設する計畫です。大型の3Dプリンターと電源の太陽光パネルのみで、建物を施工できます。
Project Olympusは、米國のベンチャー企業ICONが主導し、NASAから資金援助を受けています。ICONは2017年の創業で、3Dプリンターを用いた建設技術を開発しています。2018年には米國初の3Dプリンター技術による住宅建築の許可を取得し、実際に住宅の建設に成功した実績もあります。
このプロジェクトでは、構造材として月の表面を覆う砂(レゴリス)が採用されています。ICONは、レゴリスにほとんど何も加えず、マイクロ波やレーザー、赤外光などを使ってレゴリスの狀態を変化させ、3Dプリンティングの材料にする方法を研究しています。
しかしなぜ、地球上に存在せず検討することが難しい月のレゴリスを、材料として使おうとしているのでしょうか。それは、宇宙建築の材料は現地調達することが望ましいからです。
材料を調達する方法は「地球から持っていく」「現地で調達する」の2択ですが、地球から持っていく場合はロケットを何度も打ち上げる必要があり、莫大なコストがかかります。そのため、現地調達できる材料で設計する必要があるのです。
また、地球の一般的な建物の設計では、初めに用途やコンセプトから大枠を設計することが主流です。そのため、初めから詳細に材料を決定するという設計プロセスの違いは、地球上の建築と宇宙建築の大きな違いかもしれません。
宇宙建築の材料は、宇宙で構造物として成立可能で、さらに激しい溫度差や有害な放射線などから人間を守る能力が求められます。Project Olympusでは、月面における熱や放射線、隕石から人間を守れる堅牢な建築にするため、構造材としてレゴリスが採用されました。
さらに、材料選定時には、組み立て方法(人間 / 機械)などの、施工性も考慮する必要があります。地球上で一般的な構法(木造、鉄骨造、鉄筋コンクリート造など)を利用できれば、多くの技術的知見を生かせそうですが、そう簡単にはいかないようです。そこで、前述の3Dプリンティング技術が採用されたようです。
一方、宇宙で実現可能な構法を、地球にも適用することは可能であると考えられます。今後3Dプリンティング技術以外にも宇宙建築において新しい構法が考案され、地球上の建築もより面白くなっていくかもしれません。
月面などにおける宇宙建築の実現が早まることだけでなく、建築全體の技術的?意匠的なレベルが上がることも、建築業界が積極的に宇宙分野へ參入することの重要な意義であると感じます。
翻譯:
美國ICON公司構想用3D打印技術打造“月球房屋”
“奧林巴斯項目”(project olympus)利用3D打印技術建造月球房屋,計劃只需要大型3d打印機和太陽能電池板就可以進行施工。
“奧林巴斯項目”由美國風創公司ICON主導,并得到了NASA的資金援助。ICON公司于2017年創業,開發了基于3D打印的建筑技術。2018年,該公司獲得了美國首個3D打印住宅建造許可,在建造實體房屋方面取得了成功。
該項目采用覆蓋月球表面的沙子——月壤(legolis)作為結構材料。ICON幾乎不給月壤添加其他物質,而是使用微波、激光、紅外光等方式改變它的性狀,研究將其作為3d打印材料的方法。
為什么要把地球上沒有又難以研究的月壤作為材料來使用呢?這是因為建筑材料的獲取方式最好是就地取材。
因為建筑材料的獲取方法只有“從地球運輸”和“就地取材”兩種選擇,如果選擇從地球運輸,就需要多次發射火箭使得成本極其高昂,所以就地取材就成為了不二選擇。
還有,在地球上設計一般建筑物,最開始通過用途和概念來決定框架的方案是主流做法。而一開始就詳細決定建筑材料的設計方案,應是地球建筑和宇宙建筑設計中最大的不同。
宇宙建筑的材料,不僅要有能在宇宙中構建房屋的能力,還要求有對劇烈溫差和有害放射線下保護人類的能力。“奧林巴斯項目”為了建造堅固的建筑,從而保護人類不受月球表面的熱輻射、放射線以及隕石等的傷害,采用了月壤作為結構材料。
此外,在選擇材料時還得考慮到裝配方法(人/機器)方面的施工性能。如果能利用到地球上的構造法(木結構、鋼結構、鋼筋混凝土等),通過現有的成熟技術來施工會更好,但在宇宙中實際情況遠非如此簡單。所以采用了前面提到的3D打印技術。
話又說回來,在宇宙中能夠實現的建筑構造方法,也有可能重新用于地球。所以今后3D打印技術不光能在宇宙建筑上大放光彩,地球上的建筑也一定會受其影響變得更加有趣。
因此,要是早日能實現在月球表面構建太空建筑的夢想,不僅能提高建筑行業整體的技術、設計水平,還有著推動建筑業積極參與到宇宙領域的重要意義。
原文:
ROSENBERG SPACE HABITAT:快適な居住環境を追求
上記とは別に、自然科學だけでなく心理學などの視點から多角的に住環境を検討し、人間が快適に居住できる月面住宅「ROSENBERG SPACE HABITAT」の構想もあります。
デンマークのSAGA Space Architects(SAGA)が開発した同住宅は、高さ約7m、2.5階建ての月面住居のプロトタイプとして設計され、SpaceX社の宇宙船Starshipの中に納まるサイズとなっています。
この建築は、閉鎖的で単調な月面空間における快適性に著目して設計されています。ISSは、人間が生活できる最低限の環境は保持されていますが、快適とは言い難い環境です。そもそも、限られた資源の宇宙空間で人間が生活できるようにするだけでも高度な技術が必要であり、居住空間の快適性まで検討して設計されていませんでした。
しかし近年、宇宙で人間が滯在できる環境に対する考え方は、「最低限生活可能な環境」から「快適に感じる環境」の実現にシフトしています。SAGAは、長期間の生活が前提となる月面の建築においては、心身の健康を損ねない快適な環境が必要であると考え、同住宅を設計しました。
翻譯:
羅森博格太空居所:追求舒適的居住環境
除了從自然科學的角度考慮外,還有從心理學等其他角度綜合分析人類在太空的居住環境,因此構想了人類能舒適地生活的月球居住地——“羅森博格太空居所”(ROSENBERG SPACE HABITAT)。
“羅森博格太空居所”由丹麥的SAGA Space Architects (SAGA)公司開發,按照高約7m、2.5層的月面住宅的原型設計,尺寸足以容納SpaceX公司的宇宙飛船Starship。
該建筑是著眼于封閉單調的月面空間而提升舒適性所設計的。國際空間站的設計是保持人類能夠最低限度生存的環境,但很難說是個舒適的環境。本來人類要在資源有限的宇宙空間中生活就需要很高的技術,所以在設計時并沒有考慮到居住空間的舒適性。
但是近年來,對于宇宙空間中人類所處的環境,從“最低限度的生存環境”開始向“感到舒適的生活空間”轉變。SAGA考慮到以長期生活為前提的月球居住地,需要建立一個有益于身心健康的舒適環境。
原文:
無機質な閉鎖的空間で孤立狀態になることは心に大きなストレスを與えることから、ROSENBERG SPACE HABITATは2名の居住想定で、內部空間は居住者が適度な刺激を得られ、體內時計を維持できるように工夫されています。
最上階の2.5階は、柔らかいテキスタイルで壁面と天井が覆われた就寢キャビンです。その下の2階はリビングスペースで、建築內の全機能を制御できるダッシュボードや折りたたみ式テーブル、ワークスペース、収納などが備え付けられています。
1階にはエアロック式の部屋があり、中にトイレやシャワーがあります。階の移動は、備え付けられたはしごを使って行います。
また、この建築では、月面で狂ってしまう考えられる體內時計を調整する設計を取り入れています。人間の體內時計はおよそ25時間ですが、地球上では太陽光を浴びると24時間にリセットされます。
しかし、月と地球では、晝夜の周期が大きく異なります。月の1日(太陽が昇って沈み、次にまた昇るまでの時間)は地球上で約27日です。月では、地球の2週間のあいだ晝間が続き、その後2週間夜が続きます。これが、月で體內時計が狂ってしまう要因です。
月で體內時計を維持するために、ROSENBERGには、地球上と同じ周期で自然光を再現したサーカディアン照明が導入されました。サーカディアン照明の有効性について、SAGAは2020年にROSENBERGのもととなったLUNARKという建築実験で確認したといいます。
LUNARKの実験では、-30℃にもなるグリーンランド北部を月に似た過酷環境として実験場所に選定し、実際にLUNARKを設置して2名の設計者が60日間滯在しました。建築內に設置されたサーカディアン照明で夜明け、日の出、晝光、夕焼けなど様々な自然光のパターンを再現した結果、正常な睡眠ホルモンの分泌が確認され、自然な睡眠サイクルの確保に成功しました。
翻譯:
一個人在無機質的封閉空間中處于孤立狀態會給心靈帶來巨大的壓力,所以“羅森博格太空居所”設想至少有兩個人共同居住,內部空間的設計是為了讓居住者得到適度的心理刺激,以維持自身的生物鐘。
最上層的2.5樓,是用柔軟的紡織品覆蓋了墻面和天花板的寢室。2樓則是生活空間,配備了可以操控建筑內各項功能的面板、折疊式桌子、工作區以及收納空間等。
1樓設置了氣閘室,里面包含廁所和淋浴間。樓層間的移動采用連接的梯子進行。
此外,“羅森博格太空居所”的設計亮點在于能夠自動調整在月球表面居住者被打亂的生物鐘。科學表明人的生理時鐘約有25小時,在地球上由于受到太陽光的照射,會自動重置為24小時。
但是,月球和地球的晝夜期大不相同。月球上的1天(太陽從升起到落下,然后到再次升起的時間)約等于是地球上的27天。也就是說在月球上,持續兩周的白天后又是兩周的夜晚。這就是月球上生物鐘紊亂的主要原因。
為了在月球上維持生物鐘,“羅森博格太空居所”再現了與地球上相同周期自然光的晝夜照明系統。SAGA公司在2020年主持的月球建筑實驗中確認了該照明系統的有效性。
在這項月球建筑實驗中,將零下30攝氏度的格陵蘭北部作為與月球相似的嚴酷環境選定為實驗場所,并由2名設計者在里面居住了60天。通過建筑內設置的晝夜照明燈,再現了黎明、日出、午后、晚霞等各種自然光,保持了居住者正常的睡眠激素分泌,成功確保了自然的睡眠周期。
原文:
このように、宇宙建築の設計では、地球での當たり前を適用することができず、人間が健康に生きるために必要なことについて考える必要があります。特に照明や空調などの建築設備に著目すると、改めて「人間にとって快適な環境とは何か」を考えさせられます。宇宙の視點で人間の快適性を見つめ直すことにより、宇宙のみならず、地球上の建築環境も向上させることに繋がるでしょう。
翻譯:
綜上所述,在宇宙建筑的設計中不能套用地球上的常識,而必須思考為了人類健康生活所必需的東西。特別是要關注照明和空調等生活設備,想清楚“對人類來說舒適的環境是什么”這個命題。從宇宙空間的視角重新審視居住的舒適性,不僅對于宇宙,地球上的建筑環境也會得到進一步改善。