星際建築的挑戰 | 札威爾·德·卡斯蒂里爾 | TEDxLeuven

星星總是激發我們的想像。月球和火星是更容易使我們許多人抬頭仰望和夢想的地方。有些人甚至想永久地搬到那裡居住。在這個有趣的演講中，月球和火星基地建築師札威爾·德·卡斯蒂里爾探索了如何建造可以承受其它星球上極端條件，並仍然為太空人提供住所的結構。

札威爾·德·卡斯蒂里爾是根特大學的建築師兼客座教授，也是雪城大学的兼職教授，及建築實踐的多學科研究與開發小組，福斯特建築事務所的專家建模小組（SMG）的聯合負責人。他的團隊一直在探索利用大規模 3D 打印構建月球棲息地​​的可能性。
在解決將材料運送到月球的挑戰時，他研究了月球土壤（稱為雷戈石）作為建築材料的使用。

該演講是在 TEDx 活動上使用 TED 會議格式進行的，但由當地社區獨立組織。進一步了解： http://ted.com/tedx

我應該是 12 歲那年

我父親帶我去看了一次太空展覽，

離這裡不遠，在布魯塞爾。

我想那年是 1988，
冷戰快要結束了。

美國和俄羅斯之間的競爭

能在展覽中感受到。

美國國家航空暨太空總署
展示大型吹氣的太空梭，

而俄羅斯則是和平號太空站。

實際上是個可以進去參觀的訓練艙。

那是真傢伙，

有按鈕和電線，

還有太空人吃飯和工作的地方。

我一回到家就開始畫太空船。

我畫的不是科幻的太空船。

不是的，

它們實際上是技術圖紙，

它們是結構的剖面圖，
以及構成的材料

電線在哪裡，螺絲在哪裡。

所以，幸運的是，

我没有成為一名太空工程師，
而成為了一名建築師。

這些是我在過去的十五年中

參與過的建築企劃。

這些企劃全都大不相同，形狀迥異，

因為它們在不同環境中建造

而有不同的限制。

而我認為，當有嚴格的限制時，

設計就會變得非常有趣。

這些企劃已經遍及全球，對吧？

幾年前，這張地圖還不夠好，太小了。

我們必須加上這張圖，
因為我們將為歐洲太空總署

做一個月球企劃。

他們要求我們與美國航太總署合作

設計一個月球棲息地
和一個火星棲息地——

構想火星居住地的比賽。

身為建築師，每到一個地方

搞新設計時，

你需要了解當地建築結構，
那裡已有的先例。

在月球上，這當然很困難，

因為只有這個，阿波羅計畫。

人類上一次登月，我還沒有出生。

而那次只在月球上待了 3 天。

對我來說，那是一次
漫長的露營之旅，不是嗎，

但相當昂貴。

困難的是，

在另一個行星或衛星上建築時，

要如何把材料運輸到那裡。

首先，比如要把一公斤材料，

送到月球表面，

它的成本約為 20 萬美元。

非常昂貴。

所以，你需要讓它保持很輕便。

第二，太空裡空間很有限。

這是亞利安 5 號運載火箭。

你所擁有的空間
大約是 4.5 公尺乘 7 公尺，

不大。

因此，它必須是一個

既緊湊又輕巧的建築結構。

我這裡就有一個。

它非常緊湊也非常輕。

這裡有一個我剛才做好的。

但它有個問題，

充氣設備容易損壞，

它們需要保護措施，

特別是當你到月球這樣
非常嚴酷的環境時。

可以這樣來看，

月球基地的溫差可能高達 200 度。

一面可能高達攝氏 100度，

而另一面可能是零下 100 度。

你需要保護自己。

月亮也沒有磁場，

這意味著任何輻射——

太陽輻射、宇宙輻射——
會觸及月球表面。

我們也需要保護自己，

保護太空人。

第三，絕對不是最後的，

月球沒有大氣層，

這意味著有任何隕石飛來

不會被燒毀，而會撞到表面。

這就是為什麼月球上充滿了隕石坑。

同樣，我們需要
保護太空人免受此傷害。

那麼我們需要什麼樣的結構？

洞穴最好，因為洞穴的質量很大。

我們需要質量，質量可以
保護我們不受溫度、

輻射和隕石的影響。

因此，這就是我們的解決方法。

如你所見，我們設計了這個藍色部分，

那是為月球基地設計的可充氣層。

它提供了很多生活空間
和大量的實驗室空間。

並附有一個圓柱體，

裡面有所有的支撐結構，

維持生命所需的一切和氣閘。

最重要的是，我們有了這個結構 ——

半球形的結構，可以保護自己
並擁有很多質量。

我們從哪裡找這些材料？

我們要把水泥
從地球帶到月球嗎？

當然不用，因為它太重，花費太大了。

我們將使用當地的材料。

當地材料也是我們在地球上所用的。

無論我們在哪建設，
在任何國家建設，

我們總會看：
當地有什麼材料可用？

月球的問題是：
當地材料是什麼？

雖然沒什麼選擇，
我們的確有一種。

就是月球的土，

學名是「雷戈石」，月球雷戈石。

好消息是它到處都有，對吧？

整個表面都被它覆蓋——

從大約 20 公分到幾公尺厚，到處都是。

但是，我們將如何用它構建呢？

我們將使用 3D 打印機。

每當我問你們 3D 打印機是什麼，

你可能只會想到這樣的尺寸，

它打印的東西大約這個尺寸。

當然，我們不會把大型
3D 打印機帶到月球

去構建一個月球基地。

我會用一種小型設備，
比如這樣的設備。

這是一個小型機器人漫遊車，
它有一個小勺子，

它將雷戈石帶到基地圓頂上，

然後在其上鋪上薄薄的一層。

然後，機器人會將其逐層固化

直到數月後，創建出整個的基地。

你也許已經注意到

我們所打印的結構是很特別的。

我這裡有個小模型。

我們稱其為閉孔泡沫結構。

看起來很自然。

我們將其用作外殼的
部分結構的原因是

我們只需要固化某些部分，

這意味著我們無需
從地球上帶很多粘合劑，

就會變得很輕。

這確實不只是

紙張建築，對嗎？

我們想測試一下，
所以就去了意大利這家公司，

嘗試打印出真實尺寸的模型。

我們使用的不是月球土，
因為那是 ——

首先，沒有那麼多的月球土可用。

我們用了一個月球土的模擬物。

這是化學上與月球土狀態相似的塵埃。

然後逐層打印。

但你可能會注意到
我們打印的這塊

重約一噸半

比我這裡的結構要厚得多。

這是因為我為月球設計的這個

只有地球重力的六分之一。

而這個是在地球上打印的。

因此它要厚得多。

這種在設計好的結構上

再罩一個圓頂保護層的方法，
我們也用在火星企劃中。

你看這裡有三個圓頂，
你可以看到打印機

正在打印這些圓頂結構。

但火星和月球很不同。

我來解釋一下。

此圖按比例顯示了地球
和月球的大小，以及實際距離

約為 40 萬公里。

如果我們前往火星，

從火星到地球的距離——

這是由「好奇號」火星探測車
回望地球時拍的照片，

看那裡有個小斑點，就是地球——

地球離火星 4 億公里遠。

該距離的問題是

它是地球和月球間距離
的一千倍，差很遠，

但沒有直接的無線電

能與「好奇號」這樣的
火星探測車聯繫上。

所以我不能從地球遙控它。

我不能說：「火星探測車，向左走！」

因為那個信號要花
二十分鐘才能到達火星，

然後探測車才知道向左走，

再過 20 分鐘

它才能告訴我，「我已向左轉。」

因此，探測車也好，機器人也好

一切設備都必須是自動裝置。

另一個問題是，
前往火星的任務風險很高。

我們僅在幾週前才看到它。

如果任務的一半沒有到達火星，
我們該怎麼辦？

與其像我們在月球上那樣
只建造一兩個探測車，

我們將建造數百個。

它有點像個白蟻窩，

如果我帶走白蟻窩的一半

仍然能夠完成整個窩的建造。

可能花的時間會長一些。

這裡也如此：如果我們一半的
探測車或機器人沒有到達，

那就會花更長的時間，
但我們仍然能夠完成任務。

這裡我們甚至有三個不同的機器人。

在後面，你看到那個挖掘機，
它非常擅長挖掘雷戈石。

然後，我們還有個運輸車，

擅長將雷戈石運到工地。

最後這些長著腿
需要到處移動的小傢伙們，

它們得要在一層雷戈石上

將它們融合在一起，

然後一層層地創建那圓頂結構。

我們也想嘗試一下，

所以就找了一個車間

創造了我們自己的機器人群。

在這裏。

我們建造了十個，一小群機器人，

我們拿了六噸沙子，
想看看這些小機器人

如何能把沙子搬來搬去——
用地球上的沙子。

它們沒有遙控，對不對？

沒有人告訴它們向左走，向右走，

或給它們預先說明的路徑。

不，它們被賦予了一項任務：
將沙子從這裡搬到那裡。

如果它們碰到障礙物，例如岩石，

它們必須自己處理，
或者它們遇到另一個機器人

就應該能做出決定。

或者即使其中一半壞了，
或電池沒電了，

它們仍須能夠完成這項任務。

我談到備份的物資。

但這不僅是機器人
它也關係到棲息地。

在火星計劃裡
我們決定做三個圓頂。

因為如果一個沒到達，
其他兩個仍可以建造出基地。

這主要是因為每個圓頂

在地板中實際上都
建有生命支持系統，

所以可以獨立工作。

也是在這個企劃中，
我們開始思考更多：

「一個太空人住在基地會是什麼樣的？」

看看先前的例子。

這是國際太空站。

我不知道你會怎樣，
但我真的不想

在這個空間裡住 6 個月或 1 年。

那完全像生活在一個機器裡。

也許科幻給了我們
更好的線索，如電影《月亮》。

在科幻中，常會看到
像醫院一樣光潔的空間

還有很多走廊，

在科幻中，總會有很多走廊。

從我們現在所知道的，

在太空中缺乏的是空間。

因此，這可能也不是一個好的例子。

但我認為這是個很好的例子。

這是英國南極調查局的哈雷六號，

它是英國在南極的基地。

有趣的是基地那裡的氣候非常惡劣，

尤其是冬天。

更要命的是，它非常孤立。

實際上在冬天不可能

從哈雷六號撤離。

從國際太空站撤離，

比從哈雷六號更容易。

所以，我們去和那裡的人聊了聊——

並不是到南極，

而是之前去過，目前在倫敦的人——

我們一起聊了很久。

發生了很多事情，
他們提到的最多的事是：

「你來想像，我們既要
在那裡生活又要工作。

在同一個空間生活和工作；
就像住在自己的辦公室裡一樣。」

那如何實現呢？

他們說，很想念有質感的東西。

有質感，那是什麼呢？

他們說：「看我們做了什麼。」

「我們拿一些木條箱，

一些零散的包裝箱，

和一些膠合板，把它們釘在牆上，

再纏上一些繩子，我們就搭出了這個東西。

這樣它就感覺有點像家了，也更具觸感。」

他們不僅用觸覺感來形容木材表面，

他們還說：「我們現在
也在種植自己的生菜，

因為我們所有的食物都不錯，
都是冷凍的或罐裝的，

但我們很想念鬆脆和有觸感的食品。」

因此，我們將這些想法
帶入了基地的內部設計，

為什麼不在火星基地安裝木製地板？

這可能不是一整塊木板，

這可能是一些碳纖維板
頂部的薄層單板。

為什麼不種些蔬菜？

這些火星基地雖不能自給自足，

但可以不時地種些東西
弄些香脆的生菜吃。

窗戶非常重要。

這是個穹頂，也是國際太空站
最受歡迎的地方，

設計於 1987 年，安裝於 2010 年。

花了 23 年，為什麼？

不是因為技術上有難度。

這主要是因為從純粹的
技術工程角度來看，

它沒有必要。

但是從人性的角度來看，
它卻是太空站中最好的地方。

因此，我們著實採納了這個想法，
並在月球基地實現了，

並擁有自然採光的天窗。

並將其應用於火星基地
及實驗室空間。

為什麼不來些自然的火星日照呢？

你也許會想，這太瘋狂了。

你作為建築師為什麼要
參與到太空企劃中來，

因為它是個技術性很強的領域嗎？

但我真的相信，

從創意或設計的角度來看，

你將能夠解決非常艱鉅
和受約束的問題，

我真的覺得這裡有
設計和建築的用武之地。

特別是像星際居住這樣的企劃。

謝謝。

（鼓掌）