你知道如何在太空设计房子吗?| 亲临ISSDC设计大赛的王府学子们今天有话要说

你能想象人类可以在远离地球的太阳轨道上建立人类居住地吗?

你知道与地球城市一样五脏俱全的太空城,可以通过建立多少内部系统,才能实现人类活动在太空环境下的正常运转吗?

来自王府的一群十几岁高中生,通过自身设计实践给出了他们的答案。

11月8-11日,代表全球航天领域最高水平的国际太空城市设计大赛International Space Settlement Design Competition(ISSDC)在杭州举办中国区总决赛,来自国内众多顶尖学校的高中学子们尽情挥洒聪明才智与热血青春。

赛事简介

International Space Settlement Design Competition(ISSDC)国际太空城市设计大赛是全球航天领域内最高水平的赛事,现已发展成为影响世界五大洲几十个国家的大型赛事。

作为首次参加赛事的北京王府学校的高中生们,在成功晋级第27届ISSDC中国区总决赛的道路上,用充满智慧的奇思妙想和对探索奥秘宇宙的无限向往书写了航天赛事的高起点。

国际太空城市设计大赛是全球航天领域内最高水平的赛事,现已发展成为影响世界五大洲几十个国家的大型赛事。

参赛学生需要组成12人的团队完成初赛,晋级到决赛现场则会组成48人的公司通力合作。比赛需以科学为基础,在地球轨道、月球、火星及其轨道、金星及其轨道等太空中的预设地点设计出优良的移民城市,并进行模拟投标。

设计方案需要包括结构、运营、自动化、人居和商业开放五大板块:
结构指空间站总体结构设计、功能分区和建筑材料等。
运营指对空间站建造和运转的基本保障方式进行设计。
自动化指对空间站运营所需要的所有具有自动化功能的自动化设备设计。
人居即空间站内部人居设计,包括城市规划等。
商业开发即设计商业运作方式,使空间站盈利。

 

第二个太空定居点:在太阳轨道上

 

设计一个太空城可不是一件容易的事。在介绍自己精心设计的作品时,高二2班的参赛选手及队长张阳不无骄傲地说:“我们设计的是能在太阳轨道上生存的第二个太空定居点,也就是空间站。那里会像地球一样,有适合人类居住的住宅、商圈,有相应完备的基础设施建设,有需要维持人类生存的运输系统、水循环系统、通信系统和发电系统等,还有不同种类的机器人,可以为人类提供各种服务。”

▲学生自行绘制的草图

“在空间站,水、阳光和空气都可以自行控制调节。人们可以通过VR设备在几平米的空间内爬山、蹦极或狩猎;可以解放双手,完全依靠机器人或无人机完成各项生活服务或工程作业;可以依靠先进科技,自由选择生活方式。生活将变得更加便捷、舒适。”

▲学生自行设计的空间站样式

但是要完成这样庞大的空间站设计,不是三五个步骤那么简单,学生们需要完成制作草图、建模、收集分析数据、设计设备仪器、敲定尺寸和每个分区的功能等多种复杂工作。而实现这一切则需要参考大量相关技术领域的外文文献,了解历年参赛作品设计思路,其中很多数据甚至需要经过实验测试、实践验证才可以得出结论。

 

别具特色的空间站:有意思的solar shield

 

太空的生存环境不同于地球。在设计时,学生们需要考虑很多特殊因素。

他们要考虑在陨石随时可能袭击居民区的情况下,需要设计什么样的事故应急流程及操作方式;要考虑使用怎样的建筑材料,才可以有效防止太空辐射;要考虑太空上没有水、空气,需要设计合理的水循环系统、大气系统来维持人类生存等。而在这一过程中涌现出的各种趣味知识点,正像那个充满未知的神秘宇宙一样,不断吸引着学生们探索、深入。

来自高二2班的参赛选手刘国梁说:“在比赛中,参赛队伍需要设计一个settlement,用来维护solar shield ,这个solar shield很有意思,它需要利用拉格朗日点上的航天器,我们可以通过调整透射日光的强度改变地球气候。”

▲学生提案中作品设计样式

来自高二11班的参赛选手郑雅姿介绍道,“这个solar shield的功能不仅可以防护太阳对地球的辐射,而且可以通过透镜汇聚将阳光投射到地球。我们曾经设想将阳光投射到俄罗斯等寒带地区,去改善那里的农业。但研究后发现,一旦改变一个地方的光强,那么当地及周边植物的特性就会受到影响,甚至会影响整个地区气候,后续引发的关联效应将难以收拾”。

于是,学生们为了解决一个又一个问题,不停寻找最佳路径,即便推倒结果并不尽如人意,但探索新事物的过程却是非亲身经历所无法深切体会的。

 

启发与收获:在跨学科中深入思考

 

来自高二2班的参赛选手高通说:“参加这样的赛事,可以接触到很多有意思的太空航天方面的知识,比如拉格朗日点的特性和位置、太空变轨的时机、如何在太空城营造出昼夜循环、太空中的通讯技术和智能化太空城给人们带来的便利。”

▲学生们在比赛中认真讨论

孩子们在钻研和协作中激发出学习的兴趣,对专业领域、人文科技、社会发展产生了更多深入思考,同时也随之付诸更多的亲身实践。

本来通过查询数据便可以得到的结论,高二11班的张伽源却坚持要通过实验测试蓝藻的产氧量。由此他也从中得出了详细的生物品种、纲目等各类信息;因为火星上的温度不足以进行矿物冶炼,李若祎便搜索大量论文,想方设法寻找低温冶炼的技术方法;张伽源和郑雅姿则试图通过钻研污水处理系统的设计方法,推动城市热循环,为此还成立兴趣小组开展讨论……

▲学生们与专家对话自述观点

有带队老师评价,此次ISSDC项目涉及数学、物理、化学、材料、天体、航天、建筑、生物等多门学科,囊括的知识包括自动化、CAD制图、3D建模、财务报表、核电站建设、生命支持系统、甘特图等多项设计,可以全方位锻炼学生的协作力、领导力、沟通力、分析力、逻辑思维能力、商业敏感度、英文写作能力和演讲能力等。

▲赛后学生们向专家请教问题

学生们产生了很多不一样的设想,对社会发展、科技生活也拓展了更深层次的认识。

有参赛同学就曾感叹到,“作为一名2019年的地球居民,很难想象,将来月球可能变成一个省,一个开采项目可能需要几辈人才能完成,人的生命比例被拉长,在浩瀚的宇宙面前面的越发渺小。随着科技的发展,未来工程的形势、规模都会大有转变。而我们目前的设计项目要到2065年才开始建设,我们可以发挥无尽想象,依照现有技术,有根据地去推测未来的技术,再去应用实施,最后设计出的作品可能会完全超乎想象。”

▲北京王府学校参赛学生合影

 

▲全体参赛人员合影

虽然很多预测还停留在遐想,很多结论还隐藏着未知,但正是这一番番探究、实践、试错和突破的过程,让这些火苗一样微弱闪耀的点点光芒,经过无数次汇聚,相信在未来某一时刻,都会成为点亮学子们前行道路上的熊熊火炬。

On November 8-11, the Chinese National Finals of International Space Settlement Design Competition (ISSDC) was held in Hangzhou. It was the first time for BRS students to participate and compete with their peers from several top-tier high schools in China. The ISSDC is the world’s premier aerospace engineering competition for high school students, attracting thousands of students from across the world who submit SpaceSet design proposals and compete every year.

The ISSDC competition involves a wide-range of subjects—mathematics, physics, chemistry, materials, celestial bodies, aerospace, architecture, biology and many more—and tests participants’ ability to master and apply their knowledge in automation, CAD mapping, 3D modeling, financial statements, nuclear power plant construction, life support systems, Gannt charts, etc. BRS students performed well in a series of challenges: modeling, data collection, equipment and instrument designing, and experimental data analysis. They also showcased their competence and skill in collaboration, leadership, communication, critical thinking, business sensitivity and writing and speaking in English during the competition.

文 | 高英

图 | 王慧芳及参赛学生

设计 | 许园园

翻译 | 翟静