Spis treści
Architektura kosmiczna, czyli projektowanie pozaziemskie
Zapomnij niemal o wszystkim, co wiesz o projektowaniu. Wyobraź sobie świat, w którym budynki nie muszą dźwigać własnego ciężaru, „dzień” i „noc” są całkowicie umowne, a materiały budowlane trzeba nieraz wymyślać od zera. To rzeczywistość, z jaką mierzą się kosmiczni architekci, projektujący siedliska ludzkie do użytku poza Ziemią. Ta gałąź architektury, przez długi czas zajmująca się głównie teorią, dziś coraz częściej ma zastosowanie praktyczne – także w Polsce.
Aktualnie w Extremo Technologies (gdzie jestem prezesem, project managerem i architektem) projektujemy systemy podtrzymywania życia oparte na mikroglonach, a nasz eksperyment w ubiegłym roku poleciał na Międzynarodową Stację Kosmiczną ze Sławoszem Uznańskim-Wiśniewskim – opowiada arch. Wiktoria Dziaduła, CEO polskiej spółki Extremo Technologies. – Moja przyjaciółka z Polski, dokładniej z Wrocławia, studiuje na University of Houston, pracując w grancie NASA i projektując rozprężane bazy księżycowe. To się dzieje, choć może tak tego nie widać i nie słychać.
Przedmiotem zainteresowania architektury kosmicznej są tzw. space habitats, czyli stacje i bazy kosmiczne. Te pierwsze mają za zadanie umożliwić ludziom przetrwanie w próżni kosmicznej i nieważkości lub mikrograwitacji. Te drugie muszą zapewnić schronienie na powierzchni ciała niebieskiego innego niż Ziemia, zwykle o słabszej niż ziemska sile przyciągania i ze śladową lub całkiem nieobecną atmosferą.
Każde z tych środowisk stawia przed projektantem inne wyzwania. W przypadku stacji, orbitujących wokół Ziemi (jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna) czy Księżyca (jak planowana do niedawna stacja Gateway), architekt musi uwzględnić fakt, że „mieszkańcy” obiektu będą nieważcy, a więc każda powierzchnia wewnętrzna może być zarówno podłogą, jak i ścianą czy sufitem. Przestrzenie muszą być zatem wielofunkcyjne, w tym służyć jako ciąg komunikacyjny. Dodatkowo uwarunkowania techniczne (m.in. ograniczona pojemność rakiety) powodują, że stacje kosmiczne to budownictwo modułowe, z możliwością rozbudowy lub zmiany układu „pomieszczeń” w razie potrzeby.
W przeciwieństwie do modułów ISS [Międzynarodowej Stacji Kosmicznej – przyp. red.], których funkcje są względnie stałe, I Hab musi pomieścić w sobie kwatery załogi, miejsca do pracy, przestrzeń do ćwiczeń i zabiegów medycznych oraz tymczasową przestrzeń magazynową. Dlatego przy projektowaniu modułu położono nacisk na wnętrza z możliwością zmiany konfiguracji, modułowe schowki i powierzchnie wielofunkcyjne. Co więcej, w warunkach mikrograwitacji i nieważkości problemem często jest orientacja w przestrzeni. Projektanci muszą więc pamiętać np. o czytelnych wskazówkach wizualnych pozwalających odróżnić górę od dołu oraz o podziale przestrzeni na strefy funkcjonalne
– opowiada nam Luisella Giulicchi, Project Manager projektu Lunar Gateway w ramach Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA).
W przypadku baz księżycowych czy marsjańskich kluczową kwestią jest zabezpieczenie astronautów przed zagrożeniami, przed którymi na Ziemi chronią nas atmosfera i pole magnetyczne planety – to m.in. promieniowanie kosmiczne oraz meteoryty. Habitaty muszą więc być mocne, ale i lekkie oraz łatwe w montażu, gdyż astronauci nie będą przecież mieć dostępu do fachowych ekip budowlanych czy ciężkiego sprzętu. Z uwagi na trud i koszt dostarczania materiałów na inne ciało niebieskie naukowcy coraz częściej eksplorują możliwość wykorzystania do budowy baz lokalnych materiałów, np. księżycowego regolitu. To dla architektury zupełnie nowe wyzwania.
Bazy na powierzchni umożliwiłyby długoterminową obecność na powierzchni Księżyca i przygotowałyby NASA do działań w warunkach częściowej grawitacji podczas misji na Marsa – wyjaśnia rzecznik prasowy amerykańskiej Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA). – Siedliska księżycowe zapewniłyby astronautom bezpieczne i komfortowe warunki, umożliwiając życie i pracę na powierzchni Księżyca przez dłuższy czas. Musiałyby one zapewnić astronautom miejsca do spania, jedzenia, ćwiczeń, pracy i relaksu. Zostałyby również zaprojektowane z myślą o samowystarczalności operacyjnej i mogłyby pełnić dodatkowe funkcje (np. wytwarzanie energii, jej magazynowanie, komunikację lub możliwość prowadzenia zdalnych badań naukowych bez obecności załogi).
Jak zaprojektować, żeby „domownik” nie zaczął wariować?
Z punktu widzenia mieszkańców wszystkie kosmiczne habitaty mają dwie podstawowe wady: są bardzo ciasne i nie można ich opuścić przez długie miesiące. To pokłosie faktu, że każdy taki obiekt trzeba zbudować na Ziemi, a następnie wystrzelić w kosmos. Stacja czy baza musi być więc na tyle mała, żeby zmieścić się w rakiecie oraz na tyle lekka, żeby transport nie okazał się zbyt kosztowny.
- Zobacz także: Nasiona polskiej firmy TORAF wróciły z kosmosu. Oto, jak radziły sobie w ekstremalnych warunkach
W przypadku środowisk kosmicznych głównymi czynnikami wpływającymi na kształt projektu są: integralność strukturalna w warunkach przeciążenia podczas startu; utrzymywanie odpowiedniego ciśnienia; ochrona przed promieniowaniem; kontrola temperatury; masa, objętość, niezawodność i koncepcja funkcjonalna. Z tego powodu ogólny kształt habitatu zazwyczaj określają inżynierowie lotnictwa i inżynierowie konstrukcyjni
– tłumaczy rzeczniczka prasowa ESA.
W miarę rozwoju technologii i rosnącej konkurencji na rynku kosmicznym ceny co prawda stale spadają, jednak nawet dziś wysłanie na niską orbitę obiektu o masie 1 kg kosztuje minimum 1500 dolarów. Im dalej chcemy polecieć, tym robi się drożej, zaś w przypadku transportu na Księżyc czy Marsa koszty szybko stają się, nomen omen, astronomiczne. To powoduje, że kosmiczne siedliska z konieczności mają bardzo skromne rozmiary. Nawet na największej ze wszystkich, złożonej z kilkunastu modułów Międzynarodowej Stacji Kosmicznej astronauci mają do dyspozycji tylko nieco ponad 900 m³, z czego tylko ok. 300 m³ to faktycznie dostępna przestrzeń (resztę zajmują rozmaite urządzenia, zapasy itp.).
To spory problem, gdyż Homo sapiens nie czują się w takich warunkach dobrze. Dlatego projektanci robią, co mogą, by zaradzić ciasnocie i poczuciu izolacji.
I Hab ma służyć załogom mieszkającym i pracującym na ograniczonej przestrzeni, z dala od Ziemi, często pod dużą presją związaną z misją. Projektanci koncentrują się zatem na: wrażeniu przestronności, osiąganym raczej przy użyciu oświetlenia, kolorystyki i głębi wizualnej, a nie fizycznej przestrzeni; zapewnieniu więzi z Ziemią dzięki oknom, wyświetlaczom itp.; podziale przestrzeni na prywatną i wspólną, co nawet w niewielkim module zapewnia chwile samotności – podkreśla Giulicchi z ESA. – Celem jest zagwarantowanie nie tyle komfortu w sensie ziemskim, co odporności psychicznej.
W podobnym duchu jak rzeczniczka ESA wypowiada się przedstawiciel NASA, zauważając, że przy projektowaniu kosmicznych habitatów to inżynieria, nie architektura gra pierwsze skrzypce. Estetyka przestrzeni liczy się o tyle, o ile wspiera dobrostan psychiczny astronautów.
Komponenty habitatów do użytku w przestrzeni kosmicznej muszą spełniać bardzo surowe wymogi techniczne. Wystrój wnętrz musi uwzględniać ograniczenia dotyczące dostępnej masy, mocy i przestrzeni. Inżynierowie biorą pod uwagę estetykę architektury w kontekście zdrowia i dobrego samopoczucia załogi. Zasady projektowania zorientowanego na człowieka zyskują na znaczeniu wraz z wydłużaniem się czasu trwania misji i wzrostem odległości od Ziemi
– zaznacza NASA.
Eksperci zajmujący się tematyką kosmiczną od początku zdawali sobie sprawę, jak dużym zagrożeniem dla powodzenia misji może być poczucie oddalenia od Ziemi i klaustrofobia. W latach 1962–1974 radziecki zespół projektowy pod przewodnictwem Władimira Barmina planował wyposażenie (niezrealizowanej) księżycowej bazy w sztuczne okno, które miałoby wyświetlać ziemski, wiejski krajobraz odpowiadający aktualnej porze roku w okolicach Moskwy. Okna, tym razem prawdziwego, domagali się także w 1968 r. architekci (z Raymondem Loewym na czele) odpowiedzialni za projekt stacji kosmicznej Skylab – i na szczęście udało im się przekonać do tego pomysłu NASA. Dziś trudno wyobrazić sobie Międzynarodową Stację Kosmiczną bez ikonicznego – i kluczowego dla zdrowia psychicznego załogi – modułu Cupola, z którego rozpościera się spektakularny widok na Ziemię.
- Sprawdź również: Budynki mijają się niczym planety. Architekt się ugiął się - nie ma tu sowieckich elementów. Planetarium Śląskie zaprojektował Zbigniew Solawa
Ziemskie inspiracje nieziemskich budowli. Hotele kapsułowe, bazy polarne, a nawet igloo
Drastyczne różnice pomiędzy środowiskiem ziemskim a warunkami panującymi w przestrzeni kosmicznej (czy na innych ciałach niebieskich) powodują, że tylko niektóre obiekty na naszej planecie mogą przydać się kosmicznym architektom jako źródło inspiracji. To przede wszystkim budowle takie jak bazy naukowe za kołem podbiegunowym (np. Polska Stacja Antarktyczna im. Henryka Arctowskiego) czy obiekty podwodne. Jedne i drugie projektuje się z uwzględnieniem ekstremalnych warunków panujących w danym środowisku, z myślą o długoterminowym pobycie małej grupy osób – a więc tak samo, jak siedliska kosmiczne. Z kolei w kontekście funkcjonowania na małej przestrzeni architekci mogą czerpać przykład z projektowania obiektów takich jak „tiny house, mikromieszkania/mikrodomy, (…), hotele kapsułowe” – jak wylicza kosmiczna architektka Anastasia Prosina w rozmowie z universetoday.com.
Ziemska architektura to jednak zaledwie punkt wyjścia. W poszukiwaniu nowych rozwiązań kosmiczni projektanci często wychodzą poza jej granice. Przykładem może być projekt, który w 2015 r. zwyciężył w zorganizowanym przez NASA konkursie: Mars Ice House, drukowana w 3D baza z lodu, inspirowana budynkami typu igloo. Habitat nie tylko pozwala w sprytny sposób wykorzystać marsjańskie warunki (niskie temperatury, duże ilości lodu pod powierzchnią gruntu), ale też zapewnia dostęp światła dziennego.
Z kolei arch. Monika Brandić Lipińska w swojej pracy magisterskiej sięgnęła w poszukiwaniu inspiracji do świata biologii. Polska architektka kosmiczna zaproponowała Lunar Lighthouse, czyli „księżycową latarnię morską”: projekt bazy wykorzystującej zarówno księżycową skałę, jak i produkowaną przez bakterie celulozę.
Projekt kwestionował dominujące strategie przysypywania habitatów warstwą regolitu lub lokalizowania ich w tunelach lawowych, wskazując na ich ograniczenia z perspektywy ludzkiego funkcjonowania. W odpowiedzi proponowałam spekulatywny system oparty na biotechnologii i zasadach ISRU, wykorzystujący bakteryjnie produkowaną celulozę, wytwarzaną in situ, jako pasywną osłonę radiacyjną i wzmocnienie konstrukcyjne. W połączeniu z regolitem materiał ten mógłby tworzyć częściowo transparentną strukturę, umożliwiającą dostęp słońca i wizualny kontakt ze środowiskiem. Projekt ten stanowił konceptualną i wczesną eksplorację badawczą, która skierowała moje zainteresowania ku biomateriałom, biomanufakturze oraz pracy na styku architektury, biologii i inżynierii – wyjaśnia architektka. – Zarówno te wczesne projekty, jak i moja obecna praktyka badawczo-projektowa, jasno pokazują, że architektura kosmiczna nie może powstawać w izolacji. Jest to obszar wymagający stałego dialogu między wieloma dziedzinami, od architektury i inżynierii, przez biologię i nauki o materiałach, po technologie kosmiczne, medycynę i obszary, które często wykraczają poza tradycyjnie rozumiane ramy projektowania. Architektura pełni rolę łącznika pomiędzy różnymi dziedzinami – tłumaczy wiedzę naukową na strategie przestrzenne i pomaga budować wspólny język pomiędzy odmiennymi obszarami badań. Tę zdolność architektury do integrowania różnorodnych perspektyw uważam za jej największą wartość.
Znaczenie interdyscyplinarności przy projektowaniu kosmicznych habitatów podkreśla także rzeczniczka prasowa Europejskiej Agencji Kosmicznej. Jak zauważa:
Stacje kosmiczne i siedliska planetarne nie są projektowane wyłącznie w oparciu o technologię. Są one wynikiem pracy interdyscyplinarnych zespołów, w skład których wchodzą architekci, projektanci przemysłowi, specjaliści ds. czynników ludzkich i inżynierowie (…). Wkład architektów jest ściśle powiązany z zagadnieniami takimi jak: ergonomia w warunkach mikrograwitacji lub częściowej grawitacji; wizualne wskazówki ułatwiające orientację w przestrzeni („góra/dół”); prywatność kontra interakcje międzyludzkie itp. Czynniki te odgrywają kluczową rolę, gdy w grę wchodzi powodzenie misji w kosmos, co sprawia, że efektywne projektowanie, produkowanie, uruchamianie i obsługa stacji oraz baz kosmicznych wymaga szerokiego wachlarza specjalistycznych umiejętności. Osiągnięcie takiego poziomu wydajności jest możliwe wyłącznie przy współpracy interdyscyplinarnych zespołów, z których każdy dysponuje specjalistyczną wiedzą niezbędną, by sprostać wyzwaniom, jakie stawia przed człowiekiem przestrzeń kosmiczna.
Kosmos a sprawa polska
Z przyczyn oczywistych polski wkład w eksplorację kosmosu był przez wiele lat raczej skromny. Dotyczy to także architektury kosmicznej. Nasz kraj jest co prawda członkiem Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), której NASA zleciła wykonanie trzech modułów planowanej stacji Gateway, ale Polska Agencja Kosmiczna (POLSA) nie bierze udziału w projektowaniu pozaziemskich habitatów. Jak udało nam się dowiedzieć, POLSA nie słyszała też o żadnej rodzimej firmie, która uczestniczyłaby w projekcie Gateway. (Został on zresztą zawieszony w marcu 2026 r., kiedy NASA ogłosiła, że zamiast stacji orbitującej Księżyc zbuduje bazę na Księżycu – na architekturę kosmiczną także wpływa polityka).
Teoretyków i praktyków architektury kosmicznej stopniowo jednak w Polsce przybywa. Za jednego z pionierów uznać można dr inż. arch. Leszka Orzechowskiego. W 2013 r. z jego inicjatywy na Politechnice Wrocławskiej powstała interdyscyplinarna grupa badawcza Space is More. Zespół projektantów (i nie tylko) pod kierownictwem Orzechowskiego wyróżnił się w licznych międzynarodowych konkursach, w tym m.in. NASA 3D-Printed Habitat Challenge. Sam Orzechowski jest twórcą polskiego analogowego habitatu – zbudowanej dla firmy Space Garden Stacji Badawczej LunAres. To zlokalizowana w Pile placówka symulująca warunki panujące w prawdziwych kosmicznych habitatach, co pozwala przeprowadzać np. badania dotyczące wpływu izolacji na ludzką psychikę.
- Sprawdź też: Polska Agencja Kosmiczna, a obok ruiny sprzed wojny. 100 lat historii przy jednej ulicy. Prosta 70 w Warszawie
Grupa Space is More nie jest jedynym przykładem tego, że architektura kosmiczna zyskuje dziś w Polsce na popularności wśród młodych projektantów. Jest też np. cytowana już Monika Brandić Lipińska z biura projektowego Lipińscy Domy, której kariera od samego początku związana jest z projektowaniem habitatów pozaziemskich. Jeszcze w trakcie studiów została laureatem międzynarodowego konkursu „Moontopia”, w ramach którego zaproponowała Lunar Test Lab – modułowe siedlisko księżycowe. Jak opowiada:
Projekt zakładał wykorzystanie lekkich struktur z włókna węglowego, inspirowanych zasadami origami, które mogłyby być wytwarzane z użyciem technologii druku 3D oraz systemów samoskładania. Moduły miały być montowane przez astronautów w początkowej fazie funkcjonowania bazy, przy minimalnym nakładzie pracy i ograniczonej liczbie zasobów dostarczanych z Ziemi. W miarę rozwoju infrastruktury projekt przewidywał możliwość adaptacji i rozbudowy obiektu, m.in. w kontekście przyszłych scenariuszy turystyki kosmicznej. Proces projektowy szybko ujawnił skalę złożoności, z jaką mierzy się architektura kosmiczna, od ograniczeń materiałowych i logistycznych, przez systemy środowiskowe, po kwestie bezpieczeństwa i ergonomii, nadając projektowi istotną wartość edukacyjną.
Autorka projektu przyznaje, że z perspektywy czasu był to dla niej zaledwie punkt wyjścia. Dwa lata później w ramach pracy magisterskiej (Lunar Lighthouse) Monika Brandić Lipińska eksplorowała już całkiem inne podejścia projektowe, oparte na biologii i naukach o materiałach. Dziś współpracuje nad projektem „Myco-architecture” z laboratorium astrobiologi w NASA Ames Research Center w Kalifornii.
Kolejnym przykładem może być – także już wspominana – Wiktoria Dziaduła, CEO Extremo Technologies. Z jej inicjatywy na Politechnice Śląskiej powstał M.A.R.S. Project – Międzywydziałowy Astronomiczny Ruch Studentów. Od tamtej pory była także Przewodniczącą Rady Studentów przy Prezesie Polskiej Agencji Kosmicznej oraz współzałożycielką Studenckiego Koła Naukowego „SpaceDesign PolSl SPSA”. Obecnie Dziaduła kończy doktorat, również związany z tematyką architektury kosmicznej. Jak wspomina:
Zespół M.A.R.S powołałam, kiedy zaczęłam interesować się architekturą kosmiczną, studiując na Wydziale Architektury Politechniki Śląskiej. Temat ten wydawał mi się fascynujący, a interdyscyplinarna grupa M.A.R.S. powstała, by wziąć udział w konkursie na projekt bazy marsjańskiej na 1000 osób. (…) Kiedy zrobiłam nabór do tej grupy, odzew był spory od wielu studentów z różnych dziedzin. Pracowaliśmy nad projektem, spotykając się kilka razy w tygodniu. Co prawda nie wygraliśmy, ale temat się zaczął i rósł. Dzięki temu później wzięłam udział, jako pierwsza osoba z Politechniki Śląskiej, w symulowanej misji kosmicznej w habitacie LunAres – to był mój temat pracy magisterskiej.
Wymienione wyżej osoby to oczywiście tylko niektóre spośród wielu pasjonatów architektury kosmicznej w Polsce – wszystkich nie sposób uwzględnić w jednym artykule. Całą osobną publikację można by też poświęcić Polakom, którzy przyczyniają się do rozwoju tej dziedziny od strony technicznej – jak zespół badawczy z Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej (dr hab. inż. Damian Pietrusiak, dr. hab. Przemysław Moczka oraz dr. inż. Jakub Wróbel), który we współpracy z firmą Four Point opracował koncepcję urządzenia do przesiewania/sortowania księżycowego regolitu, co w przyszłości może umożliwić np. tworzenie z księżycowej skały cegieł. Pozwoliłoby to obejść problem kosztownego transportu materiałów budowlanych poza Ziemię i ułatwiłoby stworzenie długoterminowej bazy.
Pozostańmy jednak przy architekturze. Choć ta kosmiczna wciąż jest zagadnieniem mało znanym i kojarzącym się raczej z science fiction, nie ulega wątpliwości, że stopniowo zyskuje na znaczeniu – także w Polsce. Czy za kilkanaście, kilkadziesiąt lat będzie już wymieniana jednym tchem obok dyscyplin takich jak architektura krajobrazu czy architektura wnętrz? Cóż, niektórzy – jak arch. Theodore Hall – uważają nawet, że to tradycyjną, ziemską architekturę należałoby uznać za jedną z dyscyplin w obrębie szerszego pojęcia architektury kosmicznej. Ziemia jest w końcu tylko niewielką cząstką Wszechświata, a zatem dlaczego to jej architektura miałaby być najważniejsza? Być może tysiące lat gromadzenia wiedzy o tym, jak projektować budynki dla tej konkretnej planety, to dopiero początek.
Tłumaczenie wypowiedzi NASA i ESA: Przemysław Zańko-Gulczyński
- Przejdź do galerii: Alvernia Planet w Nieporazie w gminie Alwernia
23
