Космическая архитектура

В первом веке до нашей эры римский архитектор Витрувий сказал, что всякое строение должно отличаться прочностью, полезностью, и красотой.[6] Его трактат «10 книг об архитектуре» — единственная дошедшая до наших дней работа по данному предмету, написанная в период классической античности, оказал существенное влияние на теорию архитектуры в последующие тысячелетия. Даже в космической архитектуре в первую очередь учитываются эти три свойства. Однако значительные проблемы, связанные с проживанием в космосе, привели к тому, что при проектировании жилых помещений акцент делается в первую очередь на функциональную необходимость, декоративные элементы при этом редки или вовсе отсутствуют. В этом смысле полностью перенят принцип архитектурного модернизма, заключающийся в приоритете функциональности над формой. Однако, по мере «взросления» и развития космической архитектуры как дисциплины открываются возможности для диалога об архитектурном дизайне, как это когда-то происходило с наземной архитектурой.

Отправной точкой теории космической архитектуры является поиск экстремальной среды на Земле, где жил или живет человек. Условия такой среды сопоставляются с космическими. Например, люди живут в подводных лодках в глубинах океана, в бункерах под поверхностью земли, в Антарктике, безопасно входят в горящие здания, зараженные радиацией зоны и даже стратосферу, все благодаря современным технологиям. Дозаправка в воздухе позволяет Борту номер один оставаться в воздухе практически бесконечно. Подводные лодки с ядерным реактором генерируют кислород посредством электролиза и могут оставаться под водой месяцами. Проектируя космические системы, архитекторы могут обращаться к примерам таких ситуаций. Фактически, системы жизнеобеспечения космических станций и аварийные комплекты космонавтов демонстрируют разительное сходство с системами жизнеобеспечения, применяемыми на подводных лодках, и аварийными комплектами военных пилотов.

Космические миссии, в особенности с участием человека, требуют тщательной подготовки. Схожая наземная среда не только помогает в проектировании космической, но также может служить в качестве тестовой площадки для совершенствования применяемых в космосе технологий и тренировки экипажей. Арктическая исследовательская станция «Флэшлайн Марс» — это симулятор марсианской базы, расположенный на удаленном канадском острове Девон объект, который обслуживается Марсианским обществом. Целью проекта является создание условий, как можно более похожих на реальные условия марсианской миссии, а также попытка определить идеальную численность экипажа, протестировать оборудование «в полевых условиях», выяснить, какая экипировка и какие процедуры лучше всего подходят для ведения деятельности вне корабля.[7] Чтобы подготовить экипаж к такой деятельности в условиях микрогравитации, космические агентства прибегают к подводным упражнениям и упражнениям на симуляторе. Лаборатория нулевой плавучести (англ. Neutral Buoyancy Laboratory) - подводный тренировочный комплекс НАСА, который содержит полномасштабные копии грузового отсека космического шаттла и модулей МКС. Развитие технологий и подготовка космонавтов в условиях, приближенных к космическим, является критически важным шагом на пути к созданию возможностей для проживания в космосе.

Фундаментальным значением в космической архитектуре обладает обеспечение физического и психологического комфорта во время пребывания в космосе. То, что на Земле считается само собой разумеющимся — воздух, вода, пища, утилизация отходов — требует скрупулёзной проработки в космическом пространстве. Чтобы уменьшить мышечную атрофию и другие последствия пребывания в космосе, космонавт должен придерживаться строгого режима физических упражнений. Тот факт, что продолжительность миссий (оптимально) фиксирована, может приводить к стрессу, вызванному изоляцией. Схожая проблема наблюдается на удаленных исследовательских станциях и во время военной службы, однако нестандартные гравитационные условия могут усугубить чувство неизвестности и тоски по дому. Более того, заключение в ограниченном и неизменном физическом пространстве повышает напряженность в межличностных отношениях в маленьких экипажах и усиливает иные негативные психологические эффекты.[8] Такой стресс можно ослабить путём регулярного общения с оставшимися на Земле семьей и друзьями, медицинской поддержкой, внедрением рекреационной деятельности и доставкой на борт каких-нибудь предметов, ассоциирующихся с домом, например, фотографий или зелёных растений.

Трудности отправки объектов в космос, обусловленные ограничениями запуска, глубоко повлияли на физические формы космической архитектуры. Все космические жилища на данный момент построены по принципам модульной архитектуры. Габариты головного обтекателя (в основном ширина, но также и высота) современных ракет-носителей ограничивают размеры жестких компонентов, отправляемых в космос. Такой подход к строительству крупных конструкций в космосе включает запуск нескольких модулей по отдельности с последующей ручной сборкой. Из-за использования модульной архитектуры планировка получается похожей на туннельную систему, при которой необходимо пройти через несколько модулей, чтобы дойти до нужной точки. Модульная архитектура также стремится к стандартизации внутреннего диаметра или ширины герметичных отсеков, при этом оборудование и мебель располагаются вдоль окружности. Космические станции и располагаемые на поверхности базы такого типа в целом могут расширяться только за счёт присоединения дополнительных модулей в том или ином направлении. При использовании модульной архитектуры обеспечение адекватного рабочего и жилого пространства зачастую становится нетривиальной задачей. В качестве решения может применяться гибкая мебель (складные столы, шторы на рельсах, раскладные кровати), с помощью которой интерьер приспосабливается под конкретные функции, меняется разграничение личного и коллективного пространства.

Эжен Виолле-де-Люк выступал за применение разных форм при использовании разных материалов.[9] Этот принцип особенно важен в космической архитектуре. Ограничения массы при запуске вынуждают инженеров искать все более лёгкие материалы с адекватными свойствами. Более того, особые связанные с орбитальной космической средой трудности, такие как быстрое тепловое расширение в связи с резкими изменениями уровня солнечной радиации, а также коррозия, вызванная бомбардировкой частицами и атомарным кислородом, требуют уникальных решений при выборе материалов. Когда-то индустриальная эпоха начала производить новые материалы, открыв новые возможности для архитекторов. В точности так же достижения в области производства материалов изменят перспективы космической архитектуры.Углепластик уже используется в космическом оборудовании благодаря своему соотношению прочности и веса. Уже проводятся исследования, по результатам которых станет ясно, будет ли углеродное волокно или иные композитные материалы использоваться в строительстве крупных конструкционных элементов космических объектов. Архитектурный принцип, согласно которому следует применять наиболее подходящие материалы без каких-либо украшений, называется «Truth to materials».

Орбитальная и наземная архитектура отличаются тем, что строения на орбите не нуждаются в поддержке собственного веса. Это становится возможным благодаря микрогравитационным условиям объектов в состоянии свободного падения. Фактически, большая часть космического оборудования, например, канадарм, разрабатывается исключительно для применения на орбите. Такое оборудование не могло бы поднять собственный вес на поверхности земли.[10] Микрогравитация также позволяет космонавту перемещать (хоть и медленно) объекты практически любой массы при условии, что тело космонавта достаточно надёжно прикреплено к другому объекту. Следовательно, конструкционные соображения, касающиеся орбитальной среды, значительно отличаются от принципов наземного строительства, и основной задачей обеспечения целостности космической станции обычно остаётся предотвращение повреждения её компонентов при запуске и сборке. Тем не менее, строения на внеземной поверхности необходимо проектировать с учётом поддержания их собственного веса, однако этот вес будет зависеть от силы местного гравитационного поля.