在不太遥远的未来殖民火星是一个激动人心的可能性

“太空旅行再次让我们所有人都成为了孩子们。”尽管雷·布拉德伯里写下这些话近七十年，但他们最近在今天的世界中引起了新的共鸣。人类伸出的手臂伸向火星的红色天体并将手指缠绕在它周围的曾经令人生畏的梦想不仅可以实现，而且可以在不久的将来实现。但是，为了达到“人类的一次巨大飞跃：第二部分”，需要从一群聪明的，开拓性的人那里投入大量的努力：火箭科学家和工程师，宇航员和分析师，当然还有一个背心与杀手平顶的男人。

但如果人类想要到达火星，还有一个更重要的位置：建筑师。这是对的，如果人们想要在火星上殖民，他们将需要在地球表面生活和工作的结构。可以进行大约3700万英里行程的结构(从地球发射重型有效载荷并非易事)，然后抵御与日常火星生命相关的严峻和挑战(如果您认为发射这些有效载荷很难，试着登陆他们)。

诸如保持加压，热收缩和膨胀以及可能是辐射的最大问题的挑战。使这些问题复杂化的另一个原因是地球上没有一个地方可以准确地模仿火星进行结构和材料测试。

“火星赤道附近的日间温度可能被认为与地球相似，可以达到华氏70度，但在夜间降至可怕的-100华氏度，这只能与南极洲大陆相比，”Olga Bannova，博士，Lic说道。 。英国休斯顿大学Sasakawa国际空间建筑中心(SICSA)主任。“火星上的条件也非常干燥，只能与智利阿塔卡马沙漠中最干燥的部分相比。”此外，由于火星的大气层与地球的成分，密度和压力大不相同，因此火星结构需要加压，使水下成为进行这些测试的最佳场所。总结一下，

迄今为止最详细的火星引力图。该地图是利用美国宇航局深空网络从火星轨道上的三个NASA航天器收集的多普勒和距离跟踪数据得出的：火星全球探测器，火星奥德赛和火星侦察轨道器。美国航空航天局提供。

但是，由于现代科学的乐趣，许多这些环境可以在实验室中人工创建。这有助于解决在地球上构建和测试火星人栖息地的一些问题，但为了使它们真正成为火星栖息地，需要考虑3700万英里行程的细节。事情变得非常棘手。

火星：没有人类允许

“火星上的第一个栖息地不会被3D打印。它们将被预制，并将通过蛮力登陆，“AI SpaceFactory的Extraplanetary Habitats&Systems主管Jeffrey Montes说。

班诺娃表示赞同。“目前我们所做的一切都需要维持在火星上的居住需要从地球带到那里，”她说。这意味着不仅需要超重型发射系统，而且结构的大型着陆器也是必要的，因为降落伞在火星的稀薄大气层中无效。

这也意味着设置这些第一个结构将不会由Wall-E和3D打印机完成，而是通过良好的老式(人类)肘部润滑脂。没错，宇航员在距离家数百万英里的外星球上进行体力劳动。这导致了另一个需要解决的问题：限制宇航员在深空中的时间，以便在到达目的地后尽可能保持健康和高效。根据Bannova的说法，这意味着开发能够更快地到达火星的新推进系统。更快的旅行意味着宇航员抵达后将处于更好的身体和心理状态。宇航员越健康，建立和测试第一套住房的成功机会就越大。

但即使宇航员及其所有设备快速安全地到达火星，也存在一个问题，即高于其他问题：辐射。谈到辐射，有一个首字母缩略词NASA，或任何其他希望到达火星的人，专注于：ALARA，尽可能合理地实现。

从美国宇航局的火星探索火星精神看火星景观。美国航空航天局提供。

火星没有像地球一样的保护磁层。结合其稀薄的大气层，这意味着火星表面经常暴露于来自太阳风，宇宙射线和太阳耀斑的高水平辐射。在一年的时间里，火星上的宇航员将接触的辐射水平比国际空间站上的宇航员所经历的辐射水平高出约2.5倍。目前尚不清楚在这些水平长时间接触辐射对于宇航员忙于殖民火星意味着什么，但癌症，放射病甚至死亡都可能发生。

更不用说，在穿越深空并避免在外星球上安全降落并试图躲避雨滴等宇宙辐射之间避免寒冷之间的某种程度之间，这些勇敢的探险家将不得不抽出时间来建立不间断的巨型千瓦功率供应，种植食物，保持身体，情感和心理健康。除此之外，在火星上设计和建造建筑应该真的是小菜一碟。虽然这是一系列问题，但目前正在开发的许多解决方案将使红色星球更加热情好客。

在地上的洞里住着一名宇航员?

一些科学家已经建议住在火星上的唯一方法是安全地避开辐射，大温度波动是生活在地下建造的类似霍比特人洞的地方。

每个人最喜欢的古怪亿万富翁伊隆马斯克(Elon Musk)都提出使用Boring公司(马斯克的基础设施和隧道建设公司)技术创造的不仅仅是地下霍比特人洞，还有火星上的整个地下城市;想到一个蚂蚁农场，但对人类来说。

不是每个人都同意，如果我们想要在火星上殖民，我们注定要成为一群鼹鼠。为了设计长期生活和繁荣的建筑，避免生活在地下，需要改变心态，“不仅要看到火星环境的防御位置，还要看到共存，适应的地方，甚至享受，“班诺娃说。关键是要尽量减少来自地球的物流，并最大限度地利用现场外部结构资源。在第一批宇航员和他们的预制结构进入火星之后，所有后续结构绝对必须由火星本身可以提供的材料建造。

渲染可能的火星栖息地。礼貌的SICSA。

在这方面，已经做了很多工作。几乎每天都有一家新的建筑公司或一群聪明的boffins发布了关于如何在火星上生活的新想法的细节。总部位于克利夫兰的建筑公司Redhouse Studio与美国宇航局艾姆斯研究员林恩罗斯柴尔德一起提出将真菌作为殖民火星的秘密。同时，作为其百年挑战计划的一部分，美国宇航局一直在举办一场正在进行的3D印刷人居比赛，以利用现场资源在火星上建造一个3D打印的栖息地。

Montes和AI SpaceFactory已成为NASA竞赛的一部分。AI SpaceFactory的MARSHA是一种3D打印结构，它放弃了典型的低矮圆顶，有利于直立的信标，在挑战的密封测试阶段获得了第二名。

Montes和其他AI SpaceFactory团队在火星上进行3D打印的解决方案使用玄武岩纤维增强聚乳酸(PLA)。玄武岩纤维将从火星岩石中提取，而PLA将从火星上生长的植物中提取。由于PLA的总原子量较低，它将被证明是电离宇宙辐射的有效屏障。此外，PLA和玄武岩将提供标签团队的努力，以防止火星的极端热波动。PLA以其低导电性而闻名，玄武岩是最好的绝缘体之一。MARSHA还使用双壳系统(认为双窗玻璃)，将可居住的空间与温度波动引起的自然膨胀和收缩隔离开来。

然而，3D打印火星上的任何结构都有其自身的一系列挑战需要解决。在3D打印过程中，材料(在MARSHA的情况下，玄武岩纤维增强PLA)逐层沉积，如果您要打印更大的结构，如火星栖息地，则在给定之前有大量时间使用另一层材质再次传递点。Montes说，这种层之间的联系是“主要的工程挑战”。特别是当您考虑在火星上需要的印刷品需要在一夜之间暂停时。

在任何情况下，材料都会在硬化和冷却时收缩，但是火星上的剧烈热变化会放大这种效应。这是一个问题，因为当印刷品在第二天恢复时，机器人认为应该存放下一层将是不正确的。如果目标是达到可以自主建造火星栖息地的程度，那么负责施工的计算机和机器人将需要能够进行自校准。

然而，另一种选择是放弃半自治的完全自治权，人类和计算机正在共同努力创造这些栖息地，但稍后会更多。

GIMME SHELTER

经过如此多的努力，开发出一种能够承受火星严酷性的外部结构，内部空间很容易落在路边。然而，这些空间对于居住者的健康和福祉同样重要。

“我的方法是设计可调节和多功能的空间，特别是船员应该能够根据自己的喜好修改空间的个人宿舍，”班诺娃说。“我们不知道一旦他们已经在火星上，人们会有什么感受。机组人员可能会发现，在地球上为他们预先设计的任何东西并不能真正在火星上为他们提供最佳服务并且必须进行更改。“除了灵活的家具和物理空间布局之外，工作人员的生物识别信号可用于改变实时环境，比如根据给定成员的核心温度调节温度，或根据脉搏血氧饱和度读数调节氧气流量。

Bannova和Montes所强调的另一个重要组成部分是使用真实窗户为居住者提供外部观察机会，即使虚拟窗户也被合并。MARSHA采用间歇式窗户和大型充水(有助于阻挡辐射)天窗，采用双壳设计，既自然光又能减轻任何幽闭恐惧症的感觉。还包括昼夜照明系统，以帮助为船员重建地球光。

此外，技术不仅有助于建造这些火星栖息地，而且它也将成为整合到栖息地内部的关键组成部分。人工智能，机器学习，虚拟和混合现实以及/或机器人助手等技术将被整合到这些栖息地中，最终目标是提供有效的人机交互方式。但是，为了避免船员失去做出关键决定的能力，还需要考虑我们想要一个栖息地的聪明程度(“我很抱歉Dave，我担心我不能这样做”敲响任何铃声? )。“在自主系统和船员控制的操作之间确定平衡有助于为船员和任务满意度创建优化的栖息地设计，”Bannova说。换句话说，它有助于保持船员的脚趾。“我不认为完全自动化就是答案，”Montes表示赞同。“你必须知道何时说'我们足够自主。'”

例如，让我们回到完全自主3D打印的想法。这在理论上听起来很棒，但实际上可能会导致比它值得更多的麻烦。在暂停一夜之后使用宇航员重新校准打印机不仅可以消除创建可以自己完成此任务的机器人的需要，而且还可以使宇航员与周围环境更紧密地连接，这意味着更少的错误。

直接与火星资源合作的人类将帮助我们更好地了解地球，并创造机会开发新技术和技术，以创建火星建筑语言和景观。就像在地球上一样，它将更好地让火星建筑发展并变得更加适应人类的需求和需求。“这就是我们在太空建筑中探索的内容，”班诺娃说。“我们填补了人类，工程系统和环境设计之间的空白。”一旦填补了这些空白，生活在火星上的图片就会真正开始形成。