用纸板箱建造火箭飞船是标准的虚构活动。但纽约市普拉特学院的一群设计专业的学生把它提升到了一个新的水平。在与 NASA 的合作中，19 名学生在一个学年里设计并建造了火星飞船内部的比例模型，并于 5 月 5 日向 NASA 代表展示了最终产品。设计和建筑专业的学生以人为本的视角进行设计，力求创造一个既有趣又实用的家园，供前往和返回红色星球的长途旅行使用。
该项目听起来可能像是异想天开，但 NASA 约翰逊航天中心宜居性设计中心经理小罗伯特·霍华德强调，这些大学项目为该航天机构面临的实际设计问题提供了开箱即用的见解——这些问题都没有唯一的正确答案。“虽然我们希望每个人都能从中获得乐趣，但这并不是为了好玩，”霍华德说，他来到普拉特学院的布鲁克林校区参加最终演示。“这对学生来说是一个很好的教育机会，让他们了解为其他星球设计所面临的真正挑战，我们可以收集他们的想法。你永远不知道正确的创造性答案在哪里。” 这是 NASA 资助的长期学生项目中的最新一个，该项目旨在研究太空生活的困难。
工业设计学生狄龙·陈展示了“工具包”的比例模型，这是火星飞船上的一个用餐和社交区域。图片来源：克拉拉·莫斯科维茨/大众科学
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NASA 在过去六年里发布了探索栖息地 (X-Hab) 学术创新挑战，任务范围从研究如何在太空中更好地种植食物到设计更好的气闸。每年只有少数大学被选中参加。该项目是 NASA 将宇航员送往小行星（到 2025 年）和火星（在 2030 年代）的总体目标的一部分。为此，国会在 2016 年的拨款法案中指示 NASA 花费 5500 万美元用于开发太空栖息地，资金主要流向波音、洛克希德·马丁、轨道 ATK 和毕格罗航天公司等主要工程合作伙伴。但 X-Hab 的努力也在推动这一进程。
对于普拉特学院的学生来说，挑战在于创造一种能够将宇航员送往火星的运输工具，既要美观又要高度实用。这种以人为本的方法是 NASA 与设计学院合作的原因之一，设计学院通常采取与可能应对这一挑战的典型工程师团队不同的方法。“大多数来自严格的工程团队的栖息地概念看起来非常实用，当你开始考虑把人们放在那里 1000 天时，从心理角度来看它效果不佳，”霍华德说。这项任务也是检验学生技能进步的最佳测试。“这是最富有想象力的（作业），并且伴随着极端的限制，”普拉特学院的客座助理建筑学教授迈克尔·莫里斯说，他帮助组织了与 NASA 的合作。在有限的空间内工作，并适应复杂的工程需求，以及为在压力和疲惫条件下生活的宇航员进行设计，这是一项巨大的挑战。
普拉特学院学生设计的火星运输栖息地将于今年夏天在纽约市的无畏海空航天博物馆展出。这个微型模型展示了计划的展览。图片来源：克拉拉·莫斯科维茨/大众科学
学生完成的设计——将是航天器全部体积的剖面——由低科技的纸板、塑料和织物构成，但却具有明显的未来感。模型描绘了机组人员的睡眠区和“工具包”，该空间充当栖息地的厨房、医疗中心和通信中心。该结构的设计包括可膨胀的部分，这些部分可扩展以提供额外的生活空间，而不会显着增加重量。学生们还展示了较小比例的模型，展示了整个栖息地的横截面，其中有七个不同的区域，用于存储、锻炼、睡眠和其他活动。“我们采取了以人为本的方法，而不是 NASA 通常采用的以工程为基础的方法，”参与该项目的建筑学学生埃尔维拉·梅拉梅德说。“他们需要浴室、准备食物的地方、睡觉的地方。我们希望它既舒适又有吸引力。”
尽管课程必须在太空旅行的工程限制内进行设计——注意重量以降低成本、容纳四名成年人、有效地利用空间——但学生们优先创建一个既能成为家园又能作为前往火星的旅途中的实验室的生活空间。他们咨询了两名宇航员，以确定他们最享受的太空旅行部分——据与学生会面的宇航员迈克·马西米诺说，仅仅是漂浮——并确保将其融入到他们的设计中。获得宇航员的见解至关重要，因为学生们正在为一个他们可能永远不会居住或体验的环境进行设计。“这个项目真正教会我们的是同情用户，”梅拉梅德补充说。“我们总是被教导要这样做，但在太空中，它是一个更加敏感的环境。我们必须非常注意宇航员的每一个动作以及他们全天所做的一切，并确保每一个细节都与身体相关。”
建筑学学生埃尔维拉·梅拉梅德解释了航天器内部生活空间的设计，该航天器旨在运送宇航员进行大约 1000 天的火星往返之旅。图片来源：克拉拉·莫斯科维茨/大众科学
为太空生活进行设计开辟了在重力束缚环境中永远无法实施的可能性。墙壁和天花板与地板一样可利用，学生们必须仔细考虑为宇航员在微重力环境中确定自身方向的方法。“走到人类可以去的绝对极限真的需要思考，”工业设计学生艾米拉·塞利姆说。“首先让我震惊的是零重力——你意识到自己是多么受地球的束缚。你必须围绕它进行设计并围绕它进行思考。这是提出这些设计解决方案的唯一方法。”
根据咨询的宇航员的说法，与其他人接触对于防止孤立感至关重要。因此，尽管设计提供了隐私选项，但他们专注于确保其他宇航员始终可以接触到。学生们还希望包含宇航员控制自己环境的可能性——这在某种程度上背离了 NASA 通常在太空任务中采取的严格方法。“这是一个微妙的平衡，因为一方面你会考虑到设计的效率，”工业设计学生马德琳·普罗菲奥说，“另一方面，你想把自己投射到这些宇航员的生活中，并想象你如何丰富他们的生活以确保他们的整体福祉。”
学生们建造的最终模型将于今年夏天在纽约市的无畏海空航天博物馆展出。在秋季，学生们将向更多 NASA 科学家、医生和工程师展示他们的工作。