去月亮和火星打印个基地

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上一次人类踏上月球是在年。现在，月球又回到了美国宇航局的太空议程中。这一次，这个机构不只是访问-它打算留下来。

美国宇航局计划从明年开始执行阿特米斯任务，目标是在年让宇航员登陆月球，并预计在10年年底建立一个永久的月球基地。这将是有史以来第一个在外星表面建造的栖息地，挑战是前所未有的。

向月球发送大量建筑材料将是昂贵和耗时的。但总部位于得克萨斯州的初创公司ICON说，它有一个科幻解决方案——利用月球尘埃3D打印月球基地。

ICON正在与美国宇航局合作开发技术，将月球尘埃转化为混凝土材料，联合创始人兼首席执行官杰森·巴拉德说：月尘，也被称为月球灰烬，是覆盖月球表面的沙状表土，由流星体撞击月球时数百万年来形成的矿物和微小的玻璃碎片形成。它锋利、磨蚀、粘附——阿波罗号的宇航员发现它粘在了一切东西上，包括他们的太空服。它有很多，这意味着如果ICON成功，原材料就不会缺乏。

BIG对奥林巴斯项目的概念包括圆形建筑，这些建筑可以完全用ICON的3D打印机建造。

这项倡议以太阳系中已知最大的火山奥林匹斯计划命名，恰如其分地传达了团队面临的巨大规模挑战。但巴拉德不只是为月球设定计划。通过设计月球栖息地，他希望在地球上的建设更清洁、更快、更便宜。

奥林巴斯项目

自年以来，ICON一直在墨西哥和得克萨斯州使用3D打印技术建造社会住房。使用称为熔岩混凝土的混凝土混合物，其火神打印机可以在24小时内打印约平方英尺。

但巴拉德说，月球是一个“完全不同的世界”。他说，从地球上看，它看起来像一个宁静、光滑的银色球体，但它受到高水平辐射、剧烈的月震、极端的温度波动和频繁撞击稀薄大气层的微陨石撞击。

把月尘变成建筑材料是另一个巨大的挑战。巴拉德说，研究小组正在实验室里试验月球尘埃的小样本，研究如何使用微波、激光和红外光改变其状态，同时使用很少或没有添加剂。

ICON提议的月球结构研究领域用模拟地球上日夜的智能灯光照明，以帮助宇航员保持正常的睡眠-唤醒周期

ICON与两家建筑公司BjarkeIngels集团（BIG）和太空探索架构（SEArch）合作，探索3D打印技术的可能性。

巴拉德说，研究小组研究了极端环境下的栖息地，包括南极洲的麦克默多站和国际空间站，并利用他们的发现创造了一系列月球设计概念。

BIG创始人Bjarke英格尔斯说，建筑师们必须考虑如何创造一个安全、舒适的居住环境。

SEArch+提出的方案采用了一个高大的多层结构，带有保护性的3D打印花瓣来屏蔽将要在地球上建造的核心，而BIG设计了一个可以完全在月球上打印的圆形结构。

BIG的设计包括在卧室的墙壁上填充一层可见的水膜，Ingels说，“这是一种很好的防辐射材料”，这将在宇航员睡觉时为他们提供额外的保护。

辐射意味着窗户必须保持在最低限度，因此英格尔斯谨慎地选择了建筑物唯一一个面向地球的位置。

SEArch+的联合创始人丽贝卡佩尔斯弗里德曼说，SEArch+设想了一个基地，“它将允许宇航员频繁地从表面来来去去”，有着陆平台、道路、棚屋和栖息地

英格尔斯说，双壳结构和外部格子可以充满松散的月球尘埃，为免受辐射和陨石的照射提供了额外的保护。

除了宇航员的起居和工作空间外，月球基地还需要包括着陆平台、道路和储物棚。英格尔斯说，迄今为止，人类在太空的存在一直以工程学为主。随着多个行业协同工作，他希望月球上的第一个永久结构在设计上是有抱负的，也是工程奇迹。

通往银河系的大门

随着年3D打印人居竞赛的启动，美国宇航局开始探索3D打印作为一种可能的空间建设技术。SEArch和ICON都参加了这一倡议，SEArch在火星XHouse的设计中名列第一。

美国宇航局发言人克莱尔·斯凯利（ClareSkelly）说，随着明年阿耳特弥斯任务的启动，美国宇航局迈向月球栖息地的第一步是“门户”，即月球轨道上的空间站。宇航员们将在登月通道和航天飞机上生活和工作，在登月舱里呆上一周。

ICON的3D打印机Vulcan一次绘制一个图层的轮廓。它可以在24小时内打印多达平方英尺。

然而，它的目标是建立一个永久性的基地，从这里可以更深入地探索月球，并测试人类在太空中生存的技术。斯凯利说，美国宇航局希望建造设施，为四名宇航员提供长达一个月的住宿。这是通往火星以及更远的地方必不可少的第一步。

Skelly说，目前还没有决定是否使用3D打印建造月球栖息地，但美国宇航局可以奖励ICON额外资金，并可能使该公司有机会在月球表面测试其技术。

在地球上使用月球技术

巴拉德也看好这项技术的地球潜力。他认为，奥林巴斯项目的调查结果有助于解决全球住房危机。

作为一项相对较新的技术，关于3D打印在建筑中的优势几乎没有确切的数据。然而，年的一项审查指出，它可将建筑垃圾减少30%至60%，劳动力成本降低50%至80%，建筑时间减少50%至70%，这将使建筑更便宜、更快、更具可持续性。

虽然这项技术目前主要用于定制项目，但巴拉德希望，使用“更原始、更直接、更当地的材料”的可能性可以为3D建筑创造更多机会——这可能会对地球上仍需要适足住房的16亿人中的一些人带来变革。

“这是一个有趣的想法，”他说，“但结果可能是我们在地球上的问题的答案在月球或火星上。”

ICON的第一个3D建筑项目是与墨西哥非盈利的NewStory合作，为在自然灾害中失去家园的人们建立一个社会住房社区。图片来源：JoshuaPerez/ICON

更多令人惊叹的空间栖息地设计

由于将材料、人员、机械运送到太空的成本巨大，外星建筑理念必须利用当地材料和多功能、紧凑的技术。像SEArch和ICON的3D打印月球基地（如图）的设计结合了这两个要求，项目奥林巴斯，使用月球尘埃作为主要建筑材料。

奥林巴斯项目并不是SEArch首次涉足太空栖息地设计。年，在NASA与火星XHouse的3D打印栖息地挑战赛的第三阶段，这些建筑师获得了第一名，该挑战赛由3D打印专家ApisCor设计。与奥林巴斯项目一样，这种设计利用火星土壤构建了一个3D打印的栖息地，与尘土飞扬的红色景观完美融合。

SEArch-联合创始人雷贝卡·派莱斯-弗里德曼说，在太空中，主要目标是保护宇航员免受极端环境条件的影响，比如高辐射水平。火星X屋的沙漏形状——这里由机器人建造——维持着栖息地的加压大气，而遮荫的窗户则提供自然光和辐射保护。

年，美国航天局证实火星上存在水——为人类栖息地开辟了一个可能的世界。火星冰屋是SEArch+的另一个概念，它将冰转化为水，以3D打印外部透明的保护外壳。水是抵御辐射的天然屏障，火星的平均温度在-81华氏度（-63摄氏度）左右，允许水结冰并形成永久的冰结构。

派莱兹-弗里德曼说，SEArch从人类的角度进行设计，因为在较长的任务中，人类的需求成为任务成功的关键。虽然火星上栖息地的设计大多数都涉及地下住宿，但该提案允许自然光进入栖息地的居住区。这个创新的温室式建筑也将建造花园，并用作娱乐空间。

受俄罗斯筑巢娃娃的启发，Testlab设想了一个多层的月球基地，在保护膜下有模块化的吊舱。该基地是年月光树竞赛的获胜者，该基地包括睡觉、生活和研究的隔间，可根据需要调整大小。外层的薄膜是3D打印的，可以保护结构不受辐射和陨石的影响，还可以从太阳风中捕获氢原子，从而为基地生产氧气和水。

在保护宇航员免受辐射的同时最大程度地利用自然光是空间建筑中最大的设计挑战之一。LunarLightHouse采用纳米纤维素3D打印，纳米纤维素是一种存在于植物中的超强，半透明物质，可以在月球上生长。底座上将涂上月尘，以提供额外的辐射防护。

虽然大多数月球建筑项目着眼于在太空中生活、饮食、睡眠和呼吸的实用性，但“探索之旅”计划为第一个月球文明建造一座纪念碑。这座拱门模仿了地球上的地标建筑，如凯旋门，它被设计成可以从远处看到，并且可以完美地框定它所环绕的行星。

虽然大多数月球栖息地的建议都旨在为4名宇航员提供居所，但一些人则希望扩大规模。月亮村是建筑师斯基德莫尔、因斯和美林（SOM）与欧洲航天局和麻省理工学院合作开展的一个项目，它概念化了一个模块化设计，具有相互连接的充气舱。实心的外部框架（而不是实心中央核心）允许灵活使用每个模块，并保护乘员免受月球恶劣环境的影响。

国际建筑师阿比布（Abiboo）设想了一座拥有25万居民的整个火星城市。努瓦市由隧道网络和吊舱式宏建筑组成，建在陡峭的悬崖面上。这提供了防辐射和陨石的保护，同时仍然通过遮挡的窗户提供阳光。阿比布工作室，SONet（冈萨洛·罗哈斯和塞巴斯蒂安·罗德里格斯）

努瓦市的设计采用当地材料建造，包括碳和其他矿物。这些计划包括食品、氧气和能源生产以及水处理的想法。这个城市最初将由地球提供，但最终，它将变得自给自足和可持续。阿比布工作室，SONet（冈萨洛·罗哈斯和塞巴斯蒂安·罗德里格斯）

在建造美国太空港的建筑师那里，还有一座未来派太空建筑——这次是为火星建造的。Foster+Partners的投机空间基地采用模块化设计，将3D打印与预制充气结构相结合，很容易扩展。

Foster+Partners的火星栖息地将由太阳能驱动，而自动机器人将在宇航员登陆火星之前，3D打印保护壳，并在其中安装充气的栖息地吊舱。这些栖息地将在第一批人类到达之前完成。

Bjarke英格尔斯集团（BIG）构思了一种在火星上生存的简单而有效的方法：生活在泡沫中。巨大的充气生物圈创造了一个加压的栖息地，里面有3D打印的建筑、花园和亭子。

尽管大多数太空基地都是纯理论的，但BIG公司在年对其设计进行了调整，以在迪拜郊外的阿联酋沙漠建造一个可能的地面原型。如果被选为该项目，火星科学城将加入迪拜的穆罕默德·本·拉希德太空中心（MBRSC），作为一个教育和研究机构中间。

BIG继续开发3D打印的太空基地概念，其与ICON的最新项目得到了NASA的支持。甜甜圈形状的栖息地外面充满了月尘，可以防止辐射和陨石撞击。

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