月球上的移民生活
总设计师丹尼尔？Inocente展示了原理和效果图。在图中，白色的豆荚状建筑散落在月球表面，由管状走道连接，周围是机器人、太阳能电池板和宇航员，所有这些都暴露在天空中清晰可见的蓝色星球下。
最近，把人类送回月球的话题变得很热，这是自20世纪70年代阿波罗计划结束以来的第一次。2016年，欧洲航天局局长提出了“月球村”的概念，并故意描述得非常模糊，鼓励私人和公共参与者在机器人和人类探索月球方面相互合作。2018年，中国8名志愿者成功在“月宫一号”模拟月球基地生活一年，测试生命保障系统。
虽然私营部门近期没有将人类送上月球的计划，但太空探索技术公司和蓝色起源公司的火箭确实可以大大降低政府相关计划的成本。就在几个月前，美国副总统迈克？伯恩斯承诺在五年内再次将宇航员送上月球。
简单来说，人类要想在月球上生活，专家必须解决一些问题。比如应对恶劣环境，利用月球自身材料建造建筑，掌握支持生命的技术，还需要解决目前无法解决的致命问题——尘埃。
正如房地产经纪人会告诉你的那样，在月球上找到一个适合居住的地方的三个最重要的因素是位置、位置和地点。SOM认为最合适的地方是月球南极附近沙克尔顿环形山边缘的一块土地。
有切实的证据表明，陨石坑的永久阴影区含有古代彗星留下的水，可用于饮用、烹饪、沐浴和制作混凝土，也可分解成氧气和氢气用作火箭助推器燃料。
然而，无论建在哪里，太空建筑师和工程师都会受到传统先驱从未有过的限制。月球上几乎没有空气，所以栖息地必须密封加压。此外，虽然大多数太空岩石会在地球大气层中燃尽，但月球表面会不断受到流星体的撞击，因此建筑结构必须能够承受它们的攻击。
月球上的引力大约是地球引力的1/6。在这种环境下，可以建造大面积的建筑，但是需要增加锚固点的数量，而且微弱的重力使得挖掘工作很困难，因为往下推就会反弹回来。在极端温度下，栖息地必须配备强大的加热和冷却系统，原材料必须具有强大的膨胀和收缩性能。
然后就是辐射。太阳不断发出高速质子和电子，这就是太阳风。地球磁场保护我们免受太阳风的伤害，但是月球没有磁场，所以太阳风会全部打到月球表面。日冕物质抛射更加危险。在这个过程中，大量能量更高的质子和电子被喷射到太空中。抛射体强的时候可能达到月球表面几个西弗(西弗是辐射暴露量的度量单位)，人不回地球做骨髓移植可能会死。即使这些危险可以忍受，月球上的宇航员也将不得不忍受银河宇宙射线的持续照射。这样一来，宇航员将终生承担患癌的风险。
Inocente在SOM的纽约办公室描述了该公司的提案，即3D打印月球栖息地pod建筑周围的墙壁，以抵御致命辐射。如果长期居住，需要3米厚的防护墙来抵御银河宇宙射线。从地球上运几吨混凝土是不现实的，所以宇航员需要“就地取材”，即有什么用什么。
SOM的想法是用月壤来砌墙，但是月壤缺少有机质，称之为“地表碎片”更合适一种建造方式是3D打印墙，可以在墙竖起的地方打印一整面墙，或者打印一些砖块，这样就可以相互堆叠锁定。一些空间建筑师提议使用机器控制的喷嘴来逐层沉积以表面切屑为主要材料的水泥。
但是，如果水泥混合料中使用的液体在墙体或砖块成型前蒸发或冻结了怎么办？欧洲研究人员与Foster+Partners建筑设计公司* * *(Foster+Partners architectural design company)合作，探索了粘合剂和注射方法，希望防止这种情况发生。他们用模拟的表面碎片打印了一面墙，但这也意味着承包商需要向月球运输液体粘合剂或特殊的水泥粉末。
SOM更喜欢使用热熔粘合剂等喷嘴挤出熔化的表面钻屑。另一种方法是烧结，即将表面切屑加热，使其接近熔点，直至熔化。在欧洲航天局的RegoLight项目中，研究人员将太阳光聚焦成强烈的光束，扫过表面碎片模拟器的表面，烧毁了一层层的砖块。这个过程非常缓慢，而且测试砖非常脆弱，所以很多研究人员认为最终的获胜策略将是微波烧结，即使用微波炉或光束来束缚灰尘。SOM正在密切跟踪烧结研究。
对于相对较低的栖息地，可能只需要在金属结构上堆放表面切屑(留出维护空间)。另一个巧妙的办法是将生活区设置在月球的熔岩管道中，也就是熔岩曾经流过的大型中空管道。
表面的碎片不仅可以用来保护建筑物，还可以用来铺设发射台和道路。美国航空航天学会(AIAA)航天建筑技术委员会主席布伦特？布伦特·舍伍德提出了用微波炉烧制地砖的想法。如果飞机降落的平台和车辆行驶的道路都铺上这种砖，扬起的灰尘就会少一些。在这条路上，机器人行走时面临的地形问题也更容易解决。他说:“这个想法基本上是将月球表面改造成像亚马逊仓库一样可预测的工作场所。”
月球表面用碎片做成的围栏后面的月球栖息地生活区到底是什么样的？SOM正在进行的设计都来自于过去几十年工程师的提议，大部分是拱形或圆柱形结构，也有嵌入式和半嵌入式结构。
太空建筑师和工程师普遍认为，最初的月球栖息地将类似于国际空间站(ISS)的船舱。美国罗格斯大学机械和航空工程师、《月球栖息地的建造:月球定居的一种工程方法》(斯普林格出版社，2018)作者海姆？哈伊姆·贝纳罗亚(Haym Benaroya)表示，与科幻效果图相比，“第一代技术可能没有那么迷人”。最初的栖息地将是某种覆盖着表面碎片的压力容器，用于辐射防护。从某种意义上说，它将是一个埋在地下的铁罐。
据在波音国际空间站工作的舍伍德说，工程师们已经知道如何建造、测试、发射和维护这个舱。他说:“我们从空间站学到了很多。”
最终，我们可能会转向体积可扩展的充气室，但在此之前，我们需要知道如何将它们集成到刚性结构中，以及如何折叠它们，以便它们可以以适当的方式展开。总部位于拉斯韦加斯的毕格罗航空航天公司已经授权美国国家航空航天局使用其专利制造一个充气模块，该模块于2016年被放入国际空间站进行测试。目前充气舱仅用于存储，但毕格罗一直在收集充气舱对温度变化、辐射和空间碎片撞击的响应数据。
在与欧洲航天局的合作中，SOM选择了一种介于坦克和气球之间的结构。SOM建筑师事务所设计的生活区外形近似圆柱形，高9.5米。该客舱* * *有三层和一个垂直核心，供乘员上下时使用。三个充气部分和生活区一样高，可以增加所有楼层的生活空间。底层有三个门，连接相邻的船舱。
在设计迪拜塔的过程中，SOM不需要考虑尿液的回收利用。月球上的第一个生命保障系统可能采用“开环”的形式，类似于阿波罗计划，即供应氧气、食物和水，就地处理废物。一项计算表明，每人每年需要5到15吨消耗品，主要是空气、食物和水。
但第一步很可能是像国际空间站那样的物理化学回收系统。空间站将收集宇航员汗水和呼吸产生的尿液、废水和冷凝水，然后过滤，变成饮用水。使用分子筛设施(使用二氧化硅晶体和氧化铝)去除空气中的二氧化碳，同时通过电解水产生氧气。
美国国家航空航天局的下一代生命支持项目正在研究一些新方法，但骨干技术专家默里？莫莉·安德森说:“我们并不是要发明新的化学工艺。”美国国家航空航天局主要是想提高现有系统的效率，同时也希望硬件能够更轻便、更可靠、更易于维护。在新设备方面，美国国家航空航天局团队正在测试以下模型:航天服氧气罐氧气压缩机，利用热量将固体废物分解为有用元素的热解系统，以及用于监测水体表面和内部微生物的便携式DNA测序仪。
安德森说，至少在一个方面，月球上的生命保障没有国际空间站上那么困难，那就是你可以在重力下淋浴和冲厕所。
月球生命支持的下一个阶段是生物再生系统，在这个系统中，栖息地中的生命体可以提供食物，净化空气和水，并分解废物。欧洲航天局的微生态生命支持替代方案(MELiSSA)曾经进行过一个实验，三只老鼠与一些藻类植物一起生活了六个月。老鼠把氧气转化成二氧化碳，海藻植物把二氧化碳转化成氧气。
我们甚至可以用生物来建造建筑物。欧洲航天局的Luck已经从菌丝体和植物中培育出砖块。拉克尔还证明了真菌可以承受类似月球上的失重和辐射。这种本地生长的材料可能有潜力取代地面岩屑作为建筑材料。
我们可能还需要建立一个混合系统，其中一些食物来自地球。即使科学家可以修改作物基因来产生所有必要的营养物质，宇航员可能仍然需要各种各样的食物来保持肠道健康，人们也不想每天都吃同样的东西。将植物或藻类转化为食物也需要大量的加工。安德森说:“把宇航员送到那里的目的不是让他们种地。”
美国航空航天学会的舍伍德同意食物多样化的必要性，尤其是如果月球有望吸引太空游客的话。他说:“在你有能力做马提尼酒和蛋卷之前，你不能经营一家酒店。”但是我们对低重力下的烹饪方法一无所知。
为了让人类在月球上生活，SOM还需要规划机器人劳动力。舍伍德说:“人力不是勘测、表面碎片处理、建筑、资源开采和简单维护的最佳选择。”SOM希望在人类居住在其中之前，机器人可以建造一个生活舱，也许是一个食品制造舱，并建造一个表面碎片墙。
此外，还有一个对人类和机器都致命的问题——灰尘。数十亿年来，流星体的撞击将月球表面压成具有玻璃光泽的尖锐尘埃碎片，月球表面缺乏空气或水来平滑碎片的边缘。10%至20%重量的月球表面碎片含有直径小于20微米的颗粒，类似于细滑石粉。
太阳风使这些粒子带有静电，所以它们会漂浮起来，然后粘在任何东西上，而且它们很小，人们根本看不见它们。在执行阿波罗计划时，宇航员在月球表面行走仅几个小时后，灰尘就开始在靴子底部结块，穿着宇航服，划伤镜片，损坏机械，堵塞空气过滤器，刺激宇航员的眼睛和鼻子。吸入可能致癌。
登月已经够难了，留在月球上就更难了。但是如果工程师和建筑师能够克服这些困难，我们将拥有一个充满可能性的世界。
马修·赫特森