名為SOM建築設計事務所的公司設計了世界最高的建築——迪拜哈利法塔，並因此聞名於世，設計這種標誌性建築也成為該公司的特色之壹。該公司紐約辦公室裏的建築師們手中的工作則更加驚人——為SOM的首次地外任務設計圖紙。該公司正在與歐洲航天局（ESA）和麻省理工學院合作設計月球基地。
首席設計師丹尼爾?伊諾森特（Daniel Inocente）展示了原理和效果圖，圖中隆起的白色莢狀建築物散布在月球表面，以管狀走道連接，周圍圍繞著機器人、太陽能電池板和宇航員，所有的壹切都展露在天空中清晰可見的藍色星球下。
最近，將人類送回月球的話題變得熱門起來，自20世紀70年代阿波羅計劃結束後這還是第壹次。 2016年，歐洲航天局局長提出了“月球村”的概念，並有意將它描述得非常模糊，鼓勵私人和公***參與者在機器人和人類 探索 月球方面相互協作。2018年，8位中國誌願者成功在“月宮壹號”模擬月球基地中生活了壹年，目的是測試生命保障系統。
雖然私營行業近期沒有將人類送上月球的計劃，但太空 探索 技術公司和藍色起源公司的火箭確實可以大幅降低相關政府計劃的成本。就在幾個月之前，美國副總統邁克?彭斯承諾將在5年內再次將宇航員送上月球。
簡單來說，人類要在月球上居住，專家們必須解決壹些問題。比如，應對嚴峻的環境、利用月球自有的材料建造建築物、掌握保障生命的技術，還需要解決我們目前根本無法解決的致命性難題——塵土。
正如房地產經紀人會告訴妳的那樣，尋找適宜的月球居住地，最重要的3個因素是： 位置、位置、位置。SOM認為，最適合的是月球南極附近沙克爾頓環形山邊沿的壹塊地。
有切實證據表明，環形山的永久陰影區域部分含有遠古彗星留下的水分，可以用來飲用、烹飪、洗浴、制造混凝土，還可以分解為氧氣和氫氣，用作火箭助推燃料。
不過，不論建在哪兒，太空建築師和工程師們都會受到傳統開拓者所不曾有過的限制。月球幾乎沒有空氣，所以棲息地必須加以密封且受壓不漏氣。此外，雖然大多數太空巖石會在地球的大氣層中燃盡，但月球的表面還是會持續受到微流星體的撞擊，所以建築結構必須足以承受它們的襲擊。
月球上的重力大約是地球重力的1/6。這種環境下，可以建造面積較大的建築物，但是需要增加錨固點數量，而且微弱的重力使得挖掘工作變得困難，因為向下推進時會被反彈回來。極端溫度下，棲息地必須配備強大的供熱和制冷系統，而且原材料要具備極強的膨脹和收縮性能。
再就是輻射。太陽源源不斷地發出高速質子和電子，也就是太陽風。地球的磁場使我們免受太陽風的侵擾，但月球沒有磁場，所以太陽風會全部撞擊到月球表面。日冕物質拋射則更加危險。這壹過程中，大量更高能量的質子和電子被拋射到太空。拋射強烈時，可能在月球表面達到幾個西韋特（西韋特是輻射照射的壹種度量單位），如果不返回地球接受骨髓移植，人可能因此死亡。即便這些危險可以承受，月球上的宇航員也還要忍受銀河宇宙射線的持續照射，後果便是，宇航員終生都會承受患癌風險。
伊諾森特在SOM紐約辦公室內講述了公司的提案，即3D打印月球棲息地莢狀建築四周的墻體，防護致命的輻射。長期居住的話，需要3米厚的防護墻來抵禦銀河宇宙射線。要從地球運送幾噸重的混凝土根本不現實，所以宇航員需要“就地取材”，也就是說，那兒有什麽就用什麽。
SOM的設想是使用月壤建造墻體，而月壤缺乏有機物，所以稱之為“表巖屑”更合適。其中壹種建造方法是3D打印墻體，可以在墻體豎立的地方打印壹整塊墻，或者打印壹些磚，使之堆疊之後相互鎖定。有太空建築師提議使用機器控制的噴嘴，壹層層沈澱以表巖屑為主要材料的水泥。
不過，萬壹水泥混合料使用的液體在墻體或磚塊成形前蒸發或凍結呢？歐洲研究人員與Foster+Partners建築設計公司***同工作，已經對粘合液和註入方式進行了 探索 ，希望能夠防止這種情況發生。他們使用表巖屑模擬物打印了壹塊墻體，但這也意味著，承包商需要將液態粘合劑或者特種水泥粉運到月球。
SOM則更傾向於使用熱熔膠等噴嘴將熔融的表巖屑擠壓出來。另壹種方法則是燒結，即加熱表巖屑，使其接近熔點直至融化。在歐洲航天局的RegoLight項目中，研究人員將日光聚焦成壹束強流束，掃過表巖屑模擬物表面，燒出壹層層的磚塊。這壹過程非常緩慢，而且試驗磚塊也非常脆弱，因此許多研究人員認為，最終勝出的策略將是微波燒結，即使用微波爐或光束來粘合塵土。SOM正在密切跟進燒結研究。
對於相對低矮的棲息地，或許僅需將表巖屑堆在金屬結構之上（留出維護空間）即可。另外壹種比較取巧的方法是，把居住艙設在月球的熔巖管道，即熔巖曾流經的大型中空管道內。
表巖屑不僅能夠用來保護建築物，還能用來鋪設發射坪和道路。美國航空航天學會（AIAA）空間建築技術委員會主席布倫特?舍伍德（Brent Sherwood）提出了用微波爐燒制鋪地磚。如果飛行器著陸的平臺和車輛行駛的道路以這種磚鋪就，揚起的塵土就會較少。在這種道路上，機器人行走時面臨的地勢問題也更容易解決。他說：“這種設想基本上就是把月球表面轉化成壹個像亞馬遜倉庫那樣的可預測工作場所。”
在月球表巖屑制造的籬笆墻後面，月球棲息地的居住艙到底是什麽樣的呢？ SOM正在進行的設計都源自工程師過去幾十年間的提議，其中大多是拱形或圓柱體結構，也有埋入式和半埋入式結構。
空建築師和工程師普遍認為，初期的月球棲息地將類似於國際空間站（ISS）的艙室。美國羅格斯大學機械和航空工程師、《月球棲息地的建造：月球定居的工程學方法》（斯普林格出版社，2018年）的作者海姆?貝納羅亞（Haym Benaroya）表示，與科幻效果圖相比，“第壹代技術可能沒那麽迷人”。最初的棲息地將會是某種壓力容器，上覆表巖屑用於輻射防護，從某種意義上說，就是壹個埋在地上的錫罐。
舍伍德曾針對波音公司的國際空間站居住艙展開工作，根據他的說法，工程師們已經知道如何架構、測試、發射和維修這種艙室。他說：“我們從空間站學到了很多東西。”
最終，我們可能會轉而使用體積可以擴展的充氣艙，但在這之前，我們需要了解怎樣把它們整合到剛性結構中，怎樣折疊才能夠以恰當的方式將其展開。總部位於拉斯維加斯的畢格羅宇航公司已經許可NASA使用其專利制造充氣艙，該艙於2016年裝入國際空間站用於測試。目前充氣艙只用於存儲，但畢格羅壹直在收集充氣艙對溫度變化、輻射和空間碎片撞擊的反應數據。
在與歐洲航天局的合作中，SOM選擇了介於罐狀物和氣球之間的壹種結構。SOM建築師設計的居住艙外形近似圓柱，高9.5米。艙體***有3層，有豎直的核心部分，供居住者上下時使用。3個可充氣部分與居住艙等高，可以增加所有樓層的居住空間。底層有3個門，連接相鄰艙室。
在設計哈利法塔的過程中，SOM不需要考慮尿液的再循環問題。 月球的首個生命保障系統可能會采用“開環”形式，類似於阿波羅計劃，即供應氧氣、食物和水，並就地處理廢物。壹次計算結果顯示，每個人每年需要5到15噸消耗物，主要是空氣、食物和水。
不過第壹步很可能是國際空間站那樣的物化再循環系統。空間站會收集尿液、廢水和宇航員的汗液與呼吸產生的冷凝水，過濾之後轉化為飲用水。利用分子篩設施（使用二氧化矽晶體和氧化鋁）脫去空氣中的二氧化碳，同時，通過電解水產生氧氣。
NASA的下壹代生命保障項目正在研究壹些新的方式，但骨幹技術專家莫裏?安德森（Molly Anderson）表示：“我們並沒有嘗試發明新的化學過程。”NASA主要是想提升現有系統的效率，還希望硬件能夠更輕、更可靠、更易維修。在新設備方面，NASA團隊正在測試以下模型：太空服氧氣罐充氧空壓機、利用熱量將固體廢物分解為有用元素的熱解系統、用於監測水體表面及內部微生物的便攜式DNA測序儀。
安德森表示，至少在壹個方面，月球上的生命保障不像國際空間站上那麽艱難，那就是重力環境中可以淋浴和沖馬桶。
月球生命保障的下壹階段是生物再生系統，在這壹系統中，棲息地的生物體能夠提供食物、凈化空氣和水、分解廢物。歐洲航天局的微生態生命保障替代方案（MELiSSA）計劃曾做過壹個實驗，實驗中3只老鼠和壹些藻類植物壹起生活了6個月。老鼠將氧氣轉化成二氧化碳，藻類植物則將二氧化碳轉化成氧氣。
我們甚至可以利用生物建造建築。歐洲航天局的拉克已經利用菌絲和植物物質培養出了磚塊。拉克還證明，菌類可以承受類似於月球上的失重狀態和輻射。這種局部生長的材料或許有潛力代替表巖屑成為建築材料。
我們可能還需要建造壹個混合系統，其中部分食物源自地球。即便科學家能夠修改作物基因使之產生所有必要養分，宇航員可能還是會需要多樣化的食品來保持腸道 健康 ，而且，人們也不希望每天都吃同樣的東西。將植物或藻類變成食物也需要大量加工過程。安德森說：“我們把宇航員送到那兒的目的不是讓他們務農。”
美國航空航天學會的舍伍德也贊同食物多樣化的需求，尤其是在希望月球能夠吸引太空遊客的前提下。他表示：“有能力調制馬提尼、制作雞蛋卷之後，妳才能運營酒店。”不過我們對低重力下的烹飪方法壹無所知。
為了讓人類在月球居住，SOM還需要規劃好機器人勞動力。 舍伍德說：“測量、表巖屑搬運、建造、資源提取、簡單的維護，人力不是做這些事情的最佳選擇。”SOM希望在人類住進去之前，機器人能夠搭建壹個居住艙，或許還能搭建壹個食品制造艙，並建造表巖屑墻體。
此外還有壹個難題對人類和機器來說都是致命性的——塵土。幾十億年來，微流星體的撞擊已經將月球表面碾成帶有玻璃光澤的鋒利塵土碎片，而月球表面缺少空氣或水來磨平碎片邊緣。月球的淺表表巖屑重量的10%到20%含有直徑小於20微米的微粒，類似於細滑石粉。
太陽風使這些微粒帶有靜電，所以它們會懸浮起來，然後沾到壹切物體上，而它們的體積非常小，人根本看不到。執行阿波羅計劃時，宇航員在月球表面行走僅僅幾個小時之後，塵土便開始在靴子底部結塊，磨損航天服，刮花透鏡，損壞機械，阻塞空氣過濾器，刺激宇航員的眼睛和鼻子。吸入則可能致癌。
登上月球已經夠艱難了，駐留在月球上則將更加不容易，但是如果工程師和建築師能夠克服這些困難，我們便會擁有壹個充滿各種可能性的世界。
作者：Matthew Hutson