FEDORA to koncepcja samowystarczalnej jednostki zamieszkania w przestrzeni kosmicznej – projekt dyplomowy Jakuba Wójtowicza wykonany pod kierunkiem Sławomira Rosolskiego na Wydziale Architektury Politechniki Poznańskiej.
Samowystarczalna jednostka mieszkalna wyposażona jest w autonomiczne systemy kontroli i podtrzymywania życia, dzięki czemu może być zlokalizowana zarówno na powierzchni dowolnej planety Układu Słonecznego, jak i w przestrzeni międzyplanetarnej.
„Pośrodku Fedory, metropolii z szarego kamienia, stoi metalowy pałac, a każda jego komnata mieści szklaną kulę. W głębi każdej kuli można zobaczyć błękitne miasto, które jest modelem innej Fedory. Są to kształty, jakie mogło przybrać miasto, gdyby, z tego czy innego powodu, nie nadano mu jego dzisiejszej postaci. W każdej epoce ktoś, patrząc na współczesną Fedorę, wyobrażał sobie, w jaki sposób uczynić z niej miasto doskonałe, ale podczas gdy budował jej miniaturowy model, Fedora przestawała już być taka jak przedtem i to, co wczoraj jeszcze stanowiło jej możliwą przyszłość, stawało się tylko zabawką w szklanej kuli.”
Italo Calvino, Niewidzialne miasta
FEDORA | Samowystarczalna jednostka zamieszkania w przestrzeni kosmicznej
Lokalizacja: powierzchnia dowolnego obiektu Układu Słonecznego lub przestrzeń międzyplanetarna
Autor: mgr inż. arch. Jakub Wójtowicz
Promotor: dr hab. inż. arch. Sławomir Rosolski prof. nadzw. PP
Uczelnia: Wydział Architektury, Politechnika Poznańska
Rok: 2018
FEDORA
Samowystarczalna jednostka zamieszkania w przestrzeni kosmicznej
Projekt FEDORA ma na celu poruszenie tematyki przyszłości architektury w kontekście ekspansywnych tendencji ludzkości. Stanowi on próbę zatoczenia koła we wzajemnej zależności pomiędzy projektowaniem przestrzeni a astronautyką.
W 2017 roku cały świat obiegły słowa wybitnego naukowca Stephena Hawkinga, który w programie BBC Tomorrow’s World wygłosił tezę dającą ludzkości 100 lat na opuszczenie Ziemi. Zdaniem Brytyjczyka przeludnienie, katastrofy, nowe wirusy, zmiany klimatu oraz wiele innych czynników w ciągu najbliższego stulecia uczyni naszą planetę niemożliwą do dalszego zamieszkiwania.
Rodzi się więc pytanie: co dalej z ludzkością? Aktualne projekty oraz badania jako naszą przyszłą destynację jednogłośnie podają planetę Mars. Dr Joel Levine z NASA wraz z międzynarodowym zespołem naukowców stworzył listę aż 150 powodów wyboru Czerwonej Planety jako Ziemi 2.0. Natomiast prywatne konsorcjum SpaceX w swoich planach ma wystrzelenie na Marsa pierwszych osadników już w 2024 roku. Plany kolonizacji kosmosu, wspierane coraz częściej przez prywatne firmy, dają nam dużą nadzieję na stanie się pierwszym znanym nam międzyplanetarnym gatunkiem jeszcze za życia pokoleń urodzonych przed rokiem 2000.
Każdy z planów ekspansji zakłada jeden czynnik – Mars, a dokładniej warunki panujące na Czerwonej Planecie, będą sprzyjały osadnictwu. Co jednak nastąpi, gdy któraś z sond, nieustannie wysyłanych w kosmos, prześle informacje zwrotną zmieniającą diametralnie nasze dotychczasowe postrzeganie Marsa. Nieprzewidziane efekty terraformowania, negatywne skutki długoterminowego oddziaływania niższego poziomu grawitacji czy nawet przeszkody, o których istnieniu nie mamy jeszcze pojęcia mogą sprawić, że wieloletnie przygotowania i plany spełzną na niczym. Miliardy dolarów wysłane bezpowrotnie w kosmos zejdą jednak na drugi plan, gdy okaże się, że słowa Stephena Hawkinga znajdą swoje odzwierciedlenie w rzeczywistości, a ludzkość stanie przed koniecznością opuszczenia Ziemi jeszcze w tym stuleciu.
Głównym założeniem projektu była próba stworzenia koncepcji samodzielnej jednostki mieszkalnej pozwalającej człowiekowi na życie w każdym zakątku wszechświata. Współczesne tendencje jasno wskazują, że tematyka projektowania w przestrzeni progresywnie zmienia główne pytanie zadawane w kontekście eksploracji kosmosu z „jak?” na coraz bardziej niecierpliwe „kiedy?”. Dotychczasowa zależność łącząca architekturę z kosmosem wiązała się głównie, jeśli nie jedynie, z powolnym i stopniowym wprowadzaniem coraz to nowszych technologii w życie każdego z nas. Architekci (podobnie jak projektanci z wielu innych dziedzin) wyłapywali rozwiązania przetestowane w kosmosie, wykorzystując je analogicznie w celu poprawienia lub urozmaicenia swoich projektów. Problem nadmiernego zużycia energii, uwydatniony przez misję Apollo 13, dziś stanowi podstawę projektowania każdego nowego obiektu architektonicznego.
Niemal pół wieku po nieudanej, lecz przełomowej misji zależność pomiędzy architekturą a astronautyką zmieniła się w pewnego rodzaju symbiozę. Technologie kosmiczne rozwinęły się na tyle, by pozwolić inżynierom rozpocząć myślenie o kwestiach budowy stacji kosmicznych o znacznie większych rozmiarach, mieszczących nie kilka, ale nawet kilkadziesiąt osób.
Koncepcja
FEDORA powstała w oparciu o analizę wcześniejszej koncepcji hotelu energooszczędnego (dyplom inżynierski) oraz szeroki zakres wiedzy na temat istniejących rozwiązań z dziedzin architektury, astronautyki, fizyki oraz transfer myśli. Otrzymane wnioski posłużyły stworzeniu parametryzacji nowo projektowanej jednostki mieszkalnej. Za główne założenie konceptu przyjęto dążenie do uzyskania samowystarczalności funkcjonalnej, energetycznej oraz biologicznej. Pojęcie idealnej równowagi, odnoszące się na Ziemi głównie do strat i zysków ciepła, rozszerzone zostało o wiele czynników, które razem zapewniają bezpieczne życie człowieka. Ogromne znaczenie dla projektowanej jednostki ma zaproponowany układ funkcjonalny. Odpowiednie strefowanie zapewnia wysoki komfort życia, a także wprowadza hierarchię, pozycjonując funkcje w zależności od ich przydatności dla dalszego życia człowieka.
Zestawienie wielu zależności, znanych nam w projektowaniu „ziemskim”, w szeregu z nieznanymi dotychczas architekturze zagadnieniami takimi jak zmiany grawitacji czy ogromne amplitudy warunków atmosferycznych pozwoliło na sprecyzowanie funkcji celu. Pierwszym efektem poszukiwań stał się wybór doskonałej formy kuli, którą przyjęła projektowana jednostka. Zerwanie z myśleniem o budynku jako o obiekcie wychodzącym z ziemi, z którą trwale łączony jest fundamentami oraz odpowiednia skala założenia pozwoliły na pełne wykorzystanie sferycznego kształtu, zapewniając funkcjonalność wnętrz, a tym samym pozwalając skupić się na jak najlepszym rozwiązaniu problemów energetycznych.
Bazowym założeniem projektu jednostki zamieszkania w przestrzeni kosmicznej FEDORA jest próba spełnienia możliwie jak największej liczby parametrów, które wspólnie dają obraz „uniwersalnej” przestrzeni kosmicznej. Ustawienie najbardziej rozbieżnie granic współczynników wykorzystanych w parametryzacji, pozwala na rozważenie poprawnego działania projektowanej koncepcji w ogromnym zakresie przestrzeni, nieograniczającym ekspansji ludzkości do określonych planet czy księżyców.
Forma
Projektowany obiekt cechuje ogromna prostota kształtu. Dzięki poprawie i zaostrzeniu warunków parametryzacji wybrano bryłę kuli cechującą się najlepszym współczynnikiem proporcji A/V. Dodatkową zaletą zaproponowanego kształtu jest idealny rozkład sił wywieranych na jednostkę poprzez różnice w ciśnieniu panującym wewnątrz i na zewnątrz obiektu. Aby dodatkowo zniwelować ryzyko nieszczelności jedynym detalem zewnętrznej powłoki kuli jest obrotowy rytm okien nadający całości dynamizmu.
Program funkcjonalny
Programując jednostkę zamieszkania pod kątem funkcjonalnym jako cel nadrzędny projektu postawiono osiągnięcie samowystarczalności. Aby osiągnąć ten cel przeprowadzono analizę niezbędnych funkcji. W jej wyniku powstała lista zapotrzebowania jednostki. Wchodzące w jej skład funkcje pozwalają na stałe podtrzymywanie życia oraz dają szansę na niezależny rozwój.
Elementy niezbędne dla osiągnięcia samowystarczalności jednostki
- Moduł Spiralny – strefa odpoczynku dla każdego z mieszkańców, zapewniająca prywatność i komfort,
- Moduł Rekreacyjny – strefa interakcji wspólnej mieszkańców, zapewniająca kontakt z naturą oraz atrakcje kulturowe i fizyczne,
- Moduł Rozwojowo-Ekspansywny – strefa prowadzenia badań oraz produkcji części pozwalających na stały rozwój systemów jednostki,
- Moduł Naukowy – strefa prowadzenia badań nad nowo poznanymi częściami Wszechświata oraz edukacji mieszkańców,
- Moduł Sterujący – strefa kontroli nad systemami jednostki pełniąca również funkcje bloku administracyjnego,
- Strefa Produkcji Tlenu – strefa wyposażona w generatory tlenu lub duże ilości zieleni fotosyntezującej,
- Strefa Produkcji Żywności – strefa wyposażona w uprawy aero- i akwaponiczne oraz pomieszczenia do magazynowania i obróbki,
- Strefa Odzysku oraz Magazynowania Wody – strefa wyposażona w urządzenia odzyskujące wodę z odpadów i otoczenia oraz zbiorniki magazynujące nadwyżki zebranej wody,
- Osłona przed Promieniowaniem – warstwa ochronna blokująca promieniowanie kosmiczne padające w nadmiernych ilościach,
- Strefa Produkcji oraz magazynowania energii elektrycznej – strefa wyposażona w urządzenia generujące energię elektryczną oraz akumulujące ją do późniejszego użytku;
Odpowiednie kształtowanie połączeń pomiędzy pomieszczeniami rozbudowane zostało poprzez zastosowanie systemów odzysku oraz podtrzymywania życia. Strefowanie przeprowadzono na podstawie parametryzacji uwzględniającej dwa równoważne czynniki prowadzące do uzyskania maksymalnej sprawności oraz bezpieczeństwa jednostki.
Pierwszym parametrem użytym do rozmieszczenia poszczególnych funkcji była konieczność zapewnienia możliwie maksymalnego bezpieczeństwa całości ekosystemu Fedory. W tym celu postanowiono zastosować system warstwowy, w którym poszczególnym warstwom nadano odpowiednią hierarchię. Zakładając niezawodność elementów wewnętrznych jednostki, całość uwagi poświęcono zagrożeniom zewnętrznym takim jak mikrometeoryty, pyły, „śmieci kosmiczne” czy nieszczelności powłoki zewnętrznej.
System podtrzymywania życia
Stworzenie autonomicznego systemu podtrzymywania życia oraz kontroli środowiska było konieczne dla osiągnięcia pożądanej samowystarczalności. Koncepcję LSS Fedory stworzono w oparciu o zasady działania systemu ECLSS (Environmental Control and Life Support System) działającego na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Analiza istniejących rozwiązań pozwoliła na określenie koniecznych poprawek oraz obszarów wymagających unowocześnienia. Wykorzystując sprawdzone schematy wzbogacone o nowe technologie zaprojektowano układ składający się z kilkunastu ściśle ze sobą współpracujących urządzeń. Zamknięty obieg działający w sposób inspirowany ziemskim ekosystemem stanowi rozwinięcie stosowanych w dzisiejszych czasach systemów. Bazę dla LSS stanowi zapewnienie trzech podstawowych czynników niezbędnych do funkcjonowania życia ludzkiego: wody, tlenu oraz pożywienia.
Dodatkowymi czynnikami, których poprawne funkcjonowanie zapewniać musi system LSS są:
– prawidłowa temperatura ciała,
– odpowiednie ciśnienie atmosferyczne,
– odzysk i zapewnienie obiegu substancji,
– osłona przed czynnikami zewnętrznymi;
System osłony przed promieniowaniem
Podstawowym elementem systemu są osłony działające analogicznie do sposobu rozkładania parasoli. Zamontowane w grubości przegród poziomych ramię wysięgnika wysuwa element osłony po aktywowaniu systemu przez czujniki wykrywające poziom promieniowania. Następnie rozkładany zostaje stelaż, na którym rozpięty jest materiał ochronny. Powłoka wykonana z materiałów MLI została dodatkowo wzbogacona w połacie paneli fotowoltaicznych. Dzięki temu system ochrony przed promieniowaniem wykorzystywany jest również do produkcji energii elektrycznej. Takie połączenie pozwala na osiągnięcie najwyższej możliwej sprawności fotowoltaiki ze względu na ustawianie osłon w miejscach o największym poziomie promieniowania.
Promieniowanie Słoneczne stanowi zagrożenie jedynie dla tej części jednostki, która wystawiona jest na działanie światła pochodzącego z centralnej gwiazdy naszego układu. Z tego względu zdecydowano się na zaprojektowanie osłon w formie chowanego elementu o zmiennym okresie pracy. Podczas przebywania w strefie zacienionej przez obiekty sąsiadujące lub poprzez samą jednostkę osłony chowane są w przestrzeni konstrukcji Fedory. Pozwala to na zachowanie pełnego zakresu widoku oraz wydłuża czas eksploatacji osłon poprzez zabezpieczenie ich przed czynnikami zewnętrznymi.
Autor: Jakub Wójtowicz
