去火星定居？建筑师已经造好房子了

姚芳沁

19 7 0年代初，当工业设计师Raymond Loewy被NASA聘任为居住顾问时，经常和项目主管工程师发生争 执。

比如说，太空飞行器是否该设计窗户，工程师认为，在飞行器上安装窗户是一件非常耗时且昂贵的工程，从结构上也存在危险，至于对飞行任务的成功与否它们却不带来任何价值。但Loewy认为，窗户能帮助宇航员休闲放松，不带窗户的设计是毫无人性的，他坚持不论花多少钱都应把它放上去。

事实证明他的坚持是正确的，从那以后，NASA的每架太空飞行器中都安装了窗户。

技术的不断进步激发了越来越多的商业公司参与到对太空的探索之中。太空旅行甚至是太空移民，也要考虑到更多的人性关怀因素，这让建筑师和设计师—这个传统意义上离太空很远的群体—有了发挥的空间。

“建筑师和设计师擅长将来自不同领域的，甚至是互相冲突的要素合成到同一个空间内。”英国建筑事务所Foster + Partners的特种模型团队对《第一财经周刊》说。这个曾设计了包括苹果新总部大楼等知名项目的建筑设计公司参与过不少太空设计项目，包括2011年为Virgin Galactic在美国新墨西哥州设计的全球第一座民用太空终端。Virgin Galactic目前使用这个太空机场测试其太空飞行项目。

不过，最出名的还是它在2015年为NASA设计的火星建筑。Foster + Partners设想了一个由火星土壤建成的 93平方米的居住空间。他们会伞投三种不同的机器人，一个负责选址并挖一个深度为1.5米的坑，一个负责处理土壤搭建建筑结构，另一个负责使用微波将松动的火星土壤材料牢固地融合在一起。

“这个创意考虑到了运输、建筑、运行等多重因素，火星和地球间的遥远距离使得通信会延迟，所以这个工程执行中要尽可能不依赖人类指导，为机器设定规则和目标，而不是把每一步的详细指示罗列给它们，这样系统在面对预料之外的问题时就拥有更强的适应性。”Foster + Partners的特种模型团队解释说。此外，不同的机器人负责执行不同任务。一旦其中一个出现故障，另外两个机器人也可以灵活替 补。

至于室内设计则包括不同的居住模型，当中公共和私人空间组合交替，Foster + Partners试图通过使用软性材料，并结合虚拟界面的互动，来创造一个舒适高效的居住环境。

自2012年NASA的机器人好奇号探测器登陆火星之后，关于火星移民的兴趣越发高涨，建筑设计师们也觉得地球满足不了他们的好奇心了。

就在这一年，来自荷兰的创业者Bas Lansdorp成立了一个价值40亿英镑（约合400亿元人民币）的项目Mars One，计划2023年在火星上建立人类的第一个永久居住地。这些人将生活在由多个充气单元组成的模块化环境中，总空间体积为1000立方米。在人类抵达之前，空间内部将充满可供呼吸的空气，并容纳一个可以种植蔬菜的农场，室外还将安装太阳能面板。Mars One将挑选出7组由4名成员组成的团队，在接受7年训练之后，到2023年，第一支团队将率先前往火星定居。2013年，Mars One开放报名之后，瞬间收到了来自140个国家的20万份申请。

NASA也不甘落后。Foster + Partners的火星居住项目设计正是由NASA举办的火星居住设计挑战赛最终入围的30个作品之一。在这之前的2013年，NASA宣布正在开发一个太空3D打印工厂，一年后确认在国际空间站内打印出第一个物件。在这次挑战赛中，NASA也要求参赛者使用3D打印技术以及已知火星上的原生材料为4名宇航员设计居所。它总共收到了160份报名，最终夺冠的是来自纽约的建筑设计事务所SEArch （Space Exploration Architecture）和Clouds AO （Clouds Architecture Office）所设计的冰屋。

冰屋设计是参赛者中少有的没有使用到火星土壤作為建筑材料的设计之一，而是利用冰作为建筑的表面结构。用一个冰屋套在另一个冰屋内的结构能隔绝火星表面极为恶劣的气候环境—最高温度20摄氏度到最低温度零下150摄氏度的巨大温差。水对光谱的吸收能减轻紫外线辐射，同时保证室内适度的自然光照明。把代表生命的水作为建筑材料，也能让人类感觉更亲近。

虽然NASA的挑战赛只针对美国的公司发起，但并不影响它在全球引发不同公司参与的兴趣。法国3D打印公司Fabulous就组织了一批科学家和建筑师设计了一座泡泡形的火星建筑。

这座建筑同样也由内部和外部两层拱形结构组成，它们之间由水区隔。火星表面安设一条走廊，人类可以通过这个走廊进入拱形建筑内部。从概念设计草图来看，室内将由地上和地下空间构成，由一个旋转楼梯连接，还会有室内植物种植空间。

整个建筑的组装会使用一个中央钻杆，钻入地下几米的深度之后，伸出两支机器手臂，它们将收集周围建筑材料并3D打印出建筑室内外所需要的结构部件。

这个设计使用到了火星表面丰富的氧化铁元素，它们可以作为3D打印的原始材料。粉状的铁颗粒在激光处理下加固黏合。机器手臂还会寻找冻土，把它们加热融化后放入内外层拱形墙壁之间，起到抵抗太阳辐射的作 用。

尽管如此，西班牙建筑师Alberto Villanueva认为，目前这些火星居住方案并不理想，它们无非都是搭建一个个可供人体适应的密闭空间。而他的设想则彻底打破了空间的束缚，让人类在火星上的居住环境可以更开放自 由。

在Villanueva所设计的名为“火星乌托邦”的概念中，智能的3D打印机可以在火星表面探测到那些底部藏有冰冻水的陨石坑，在这些陨石坑上就能利用火星自有的土石材料搭建建筑结构。这些建筑可以在周围电磁场的作用下收集能量，融化地下的冰冻水。

6个月后，这些建筑会自动瓦解，并由一种新型的生物发光结构取代。冰冻水融化后会滋生细菌，在它们的作用下，这种新型结构可以很容易被打印出来，它们可以将火星表面的二氧化碳转化为氧气。Villanueva预计两个月足以让这些新型建筑为火星创造出小型的可持续的大气层。在这个阶段之后，未来移民火星的人们就可以获得足够的氧气。而这种生物建筑会在5年之后自动销毁，不会给火星表面的生活带来任何障碍。

Villanueva建议，可以从夏威夷或是澳大利亚開始测试“火星乌托邦”概念的可行性。

Villanueva表示，他是为了解决地球人口膨胀问题才有了这个设计灵感的。“太空技术的研发很多时候反过来能应用于地球，比如LED、耳温计，甚至便携式电脑最早都是为了太空开发而研发的。建筑师的最大优势就是他们的工作既包括创意又包括科学，他们能找到这两个领域之间的连接点。”Villanueva对《第一财经周刊》 说。

和Villanueva一样，Foster + Partners接受太空开发项目也是为了探索地球上未来建筑的可能性。这些太空项目能让他们测试极端环境下的设计手段，比如大型3D打印、机器人技术以及闭环可持续设计，它们同样可以用于地球上的建筑设计，不过只有在外太空环境下，它们才变得必需，因而太空也就成为最佳试验场。

“强迫自己参与到这些项目中，在一些小型但极为复杂的建筑设计中整合入新的技术和设计理念，能为未来建筑设计提供新的灵感，也是引起普通人关注的好机会。”Foster + Partners的特种模型团队说。

Foster + Partners认为，虽然距离人类可以短期访问月球或火星已经非常接近，但在外星球上永久定居则是另一码事。它意味着不仅要让人们满足起码的生存，还得保证他们活得快乐。利用就地资源实现建筑、供水和燃料等技术已经开发出来，但在长期辐射、失重和孤立的环境下，人体在生理和心理上会产生怎样的反应，还需更多研究。

2017年由NASA资助的一项太空模拟居住项目当中，在夏威夷把6个科学家关在靠近火山的偏僻地区的一个密闭空间内，测试他们在孤立环境下生活的心理反应。虽然测试结果还算令人满意，不过这项实验并不算完全封闭，因为每隔几个月会有人给他们送吃的，他们也允许穿着太空服走出舱室散步。

除了人类以外，如果再加入其他物种同处在同一个封闭空间内，显然要复杂得多。

意大利建筑师Stefano Boeri、上海同济大学未来城市实验室以及中国国家航天局三者合作，为火星设计了一个“垂直森林城市”的概念。这个裹着各种绿植的高塔建筑会在巨型的密闭穹顶空间内生长。

Boeri最早于2014年就在米兰建成了两座110米高的绿色建筑，建筑表面的绿植能过滤尘土，为建筑内的人们提供健康的迷你生态环境。Boeri还为瑞士洛桑、荷兰乌得勒支和中国南京设计过类似的方案。

不过，类似的封闭生物空间在过去也有过一些失败案例。1990年代开始，人们就逐步探索这一方案在太空中应用的可行性，进入空间内负责生态管理的科学家很难维持不同物种间的生态平衡，控制植物和动物的数量挑战重重，二氧化碳水平的波动使得氧气水平降到危险级别，到了最后，科学家们反而为了争抢食物打了起来。

这也再次证明，技术从来都不是解决问题的全部。

那些脑洞大开的太空项目