worldsteel | Our stories: 钢缆悬浮式太空实验室将模拟月球环境

钢缆悬浮式太空实验室将模拟月球环境

日本“阿凡达X”太空探索园区内,一处充满未来感的机器人技术研究中心,利用钢缆悬浮在月球陨石坑上方。

一处具有创新性的太空探索园区预计将于2020年在日本破土动工,建成后的园区将成为全球科技企业联盟的试验场。该项目是ANA全日空控股公司(ANA Holdings Inc.)与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)(两家机构均为太空运载工具发射方面的专业机构)的合作项目,隶属于太空探索与开发协作计划——阿凡达 X。

对于即将兴建的太空探索园区,阿凡达 X计划已经明确了三项受益领域:空间远程建设、空间站和空间设施在地球的远程操作与维护,以及面向公众的太空娱乐和旅行。

“整个建筑结构看起来像是一个铺设在月球陨石坑上的一个自行车轮,实验楼本身构成中央轮毂,由钢索‘辐条’提供支承,构成一个‘张力平衡’结构。”

Masayuki Sono,项目建筑师

大分县是日本九州岛的一个沿海县,这里曾经作为采矿场,场地现在的地表景观已经与月球表面非常相似。新建园区将由几栋建筑和模拟月球地形组成,利用阿凡达机器人进行月表居住舱远程半自主建设的实验。

纽约云建筑设计公司的知名项目包括建设了斯塔腾岛上的911纪念堂,以及与美国航空及太空总署(NASA)合作开发的火星冰屋,目前该公司已经完成园区的总图设计及三处建筑的概念设计,这三处建筑分别是:研发中心、月球环境模拟大楼以及阿凡达X实验楼,其中实验楼将位于园区的中心位置,悬浮在月球陨石坑的上方。

阿凡达-X中心将拥有当今最先进技术的机器人科研设备

项目建筑师、云建筑设计公司联合创始人Masayuki Sono表示:“我们首先着手于整个建筑群的总图设计。由于在陨石坑内部和周边地区进行的活动对于探索月球表面具有极为重要的意义,另外基于现有的地形地貌,我们决定将一个模拟月球环境的大型陨石坑放置在园区的中心。

“所有设施都围绕月球陨石坑呈放射状排布,中央的阿凡达X实验室设有访客中心、 阿凡达机器人模拟和展示系统、科研设备以及其他公用设施。为了控制和监视球陨石坑内部和周边地区进行的测试活动,实验室被悬浮在陨石坑的中心上方,构成一个灵感符号。”

实验室有意采用符号化设计,通过利用从太空建筑和航空业中收集来的施工工艺,表达开拓性的飞行精神。“悬浮式外形结构的灵感来自太空建筑设计中常见的圆柱体外形压力容器,” Masayuki解释道。“我们想要传递太空时代的创新精神和正能量。”

钢索将实验中心悬浮在模拟月球陨石坑上方

太空建筑的特点是质量小,因此前沿科研中心将采用含氟聚合物薄膜覆盖的半透明和透明嵌板,包裹在钢架结构表面。还包括碳纤维隔板,蜂窝铝地板和纤维增强型塑料的运用,一切旨在减轻建筑的荷载。

项目团队成员、东京大学副教授、结构工程师Jun Sato做了深入解释。“整个建筑结构看起来像是铺设在月球陨石坑上的一个自行车轮,实验楼本身构成中央轮毂,由钢索‘辐条’提供支承,构成一个‘张力平衡’结构。在这里, 在持续张力的作用下,一组压缩构件得到反向平衡,从而形成一个能够稳定整个构造的内部预应力。

“纺锤型钢制中央轮毂是一个双四角金字塔结构,高40米,中央凸起框架结构能够起到压缩构件的作用,这样轮毂内部的一些钢梁能够起到张力构件的作用,从而减轻整个结构的重量。”

“在考察了各种备选材料后,由于标准的复杂性和多重性,我们最终选择钢材,这一最具可行性的、经过证明的系统,来实现这一独特设计。”

Masayuki Sono,项目建筑师

目前该项目正进入下一阶段,预计将在2020年开始施工,届时所选定的地点将被挖掘,并形成类似月球陨石坑的形状。

“关于阿凡达X实验楼的结构计算,我们应当考虑重力、地震和风力造成的纵横振动 、软质地基条件以及钢索的热缩反应,”Jun Sato说道。“我的建议是在钢索边缘位置插入钢板弹簧,这种弹簧常用于轮式车辆中的悬挂装置。”

利用半透明和透明板材镶嵌到钢架表面,建成机器人研发中心

建筑师Masayuki Sono详细解释道:“实验楼的基本结构采用高效的不锈钢悬索配置。它由可展曲面的对称几何结构组成,从而符合外太空设计中低质量/高性能的重要理念。

“通过应用轻型薄膜封闭系统,优化了结构属性和风力耐性,形成一个富于动感的螺旋空间。在考察了各种备选材料后,由于标准的复杂性和多重性,我们最终选择钢材,这一最具可行性的、经过证明的系统,来实现这一独特设计。”

阿凡达X计划希望在2020年中期,开始在近地轨道测试阿凡达机器人,这处充满异世界感的机器人科研实验楼也必将成为一个代表领先太空技术发展前沿的独特符号,帮助人类适应在太空的生活和工作。

图片来源: 纽约云建筑设计公司