研究ステーション

生物学野外研究施設または生態学研究施設は、環境と生物のさまざまな側面について研究を行うことができる施設です。これには、海洋研究施設、熱帯研究施設など、幅広い野外研究施設が含まれます。18 世紀から 19 世紀初頭にかけて、野外研究施設はまだ正式に設立されておらず、ヨーロッパの博物学者や生物学者は帝国の科学探検を通じて研究を行っていました。^{[ 11 ]} この時期は、18 世紀半ばから始まった帝国主義と植民地拡大の時代であり、工業化が進んでいたヨーロッパ諸国が世界中の領土を侵略し征服しようとしていた時期でした。^{[ 12 ]}博物学者は、外国の標本の目録作成と地図作成を支援するために、「未発見」の領土への帝国の遠征にしばしば徴用されました。^{[ 3 ]}例えば、1813年にチャールズ・ダーウィンはイギリス海軍のビーグル号の博物学者に任命され、その航海の彼の日記は、後の進化と自然選択に関する彼の科学理論に大きく貢献した。^{[ 13 ]}同様に、ジョセフ・バンクスもイギリスの博物学者で、1768年にエンデバー号で南太平洋へ向かったイギリス海軍協会の科学探検隊の植物学者に任命された。この探検は、当時オーストラリアまたはテラ・ヌリウスとして知られていた土地の発見として称賛された。 ^{[ 14 ]}

19世紀半ばから後半にかけて、生物学ステーションが正式に設立され、世界中で建設され始めました。ヨーロッパでは、初期のフィールドステーション（現在も稼働中）として、1859年にフランスのコンカルノーに設立されたコンカルノー海洋生物学ステーション（Station de biologie marine de Concarneau）があります。[ 15 ]^{コンカルノー海洋生物}学ステーションは、ナポレオン3世の要請により沿岸漁業の研究を行う目的でヴィクトル・コステによって設立された海洋生物学ステーションです。^{[ 15 ]}アジアでは、初期のフィールドステーションの例として、 1886年に日本の三崎海洋生物学ステーションが、対岸に位置する相模湾の豊富な動物相を調査する目的で設立されました。^{[ 15 ]}

生物学野外観測所の建設への関心の高まりは、19 世紀後半にヨーロッパの探検家たちが南極大陸を探検し、科学的な拠点を確立するために競い合った時代、南極探検の英雄時代として知られる時代とともに高まりました。しかし、生物学野外観測所の形成は、第一次世界大戦と第二次世界大戦の国際的な混乱の中で停滞しました。^{[ 16 ]} 第二次世界大戦後、世界中の生物学研究ステーションの数は大幅に増加し、1950 年代だけで 92 のステーションが設立されました。^{[ 15 ]}生物学野外観測所をめぐる複数の多国籍および地域組織が形成されたのは、戦後の時期でした。 ^{[ 15 ]}最も有名なのは、 1963 年に設立された生物学野外観測所組織として知られる非営利団体です。 ^{[ 17 ]}この組織は、北米、中央アメリカ、カナダの研究センターの活動を代表し、統合することを目的として設立されました。現在、180 の加盟ステーションがあります。^{[ 17 ]}もう一つの生物学の非営利団体は、1963 年に設立され、世界中に約 50 の機関で構成される熱帯研究機構です。その 3 つの目標は、1)科学的発見と知識の促進、2) 熱帯の天然資源の教育範囲の拡大、3) これらの地域に影響を与える政策の形成の支援です。^{[ 4 ]}野外生物学、生態学、地球規模の健康、保全の分野で学生に学部および大学院プログラムを提供し、学生がアフリカ大陸と南米大陸の両方で実践的な作業を行うことを可能にしています。[ 4 ] 世界中には、生物学研究ステーションの資金調達、承認、維持を支援する公的および民間^の組織や研究所が多数あります。熱帯および亜熱帯の研究ステーションは、保全投資に対するリターンが高く、たとえばアフリカでは、フィールド ステーションの近くの森林破壊は、離れた場所にある同等のサイトと比較して 22% 少なくなっています。^{[ 18 ]}

宇宙ステーションは、地球上の通常の研究ステーションとは異なり、固定された建物ではなく、人間の研究者と乗組員のグループが数ヶ月から1年にわたって居住できるように特別に作られた移動可能な宇宙船です。 ^{[ 19 ]}宇宙ステーションは、衛星などの他の種類の宇宙船とは異なり、宇宙で恒久的に運用されることを目的としています。ただし、さまざまな探査を巡回する間、人間の研究者が恒久的に居住するとは限りません。 ^{[ 20 ]}宇宙ステーションは通常、それぞれの宇宙機関と国によって管理されています。^{[ 19 ]}宇宙ステーションの設計は、数十年にわたって進化してきました。宇宙ステーションの工学と設計の側面は、1928年にヘルマン・ポトチニクによって初めて紹介されました。 ^{[ 21 ]}彼の「Wohnrad」、別名「リビングホイール」は、居住回転ホイール、観測所、機械室の3つの部分からなる回転ホイール型の宇宙ステーションでした。 ^{[ 5 ]} ヴォーンラートの居住用ホイールは、直径30メートルの居住ユニット、実験室、観測所から構成され、その遠心力によって乗組員に重力を感じさせるものでした。 ^{[ 5 ]}宇宙ステーションの回転によって人工的に重力を生み出すというテーマは、1950年代にヴェルナー・フォン・ブラウンによって初めて詳細に説明され、回転するホイールという同様の概念が維持されました。 ^{[ 22 ]}国際宇宙ステーション（ISS）は世界最大の宇宙ステーションの1つであり、恒久的に人が居住しています。ステーションの最初の部分は1998年に打ち上げられました。^{[ 19 ]}地球の低軌道で運用されており、これは地球の表面から比較的近いことを意味します。これは、地球の表面から1000 kmからわずか160 kmまでの範囲です。 ^{[ 20 ]}  

ISSは、世界中の複数の宇宙機関による共同事業です。ステーションの資金提供に関与している国には、ヨーロッパ、日本、カナダ、ロシア、米国が含まれます。これらの国のそれぞれの宇宙機関は、 ESA、JAXA、CSA、Roscosmos、NASAです。^{[ 19 ]}研究ステーションのコンポーネントのモジュール性とサイズは、主要な打ち上げロケットとしてスペースシャトルを使用することによって決定されました。コンポーネントは耐久性があり、保守可能である必要もありました。1990年代のISS開発の初期には、さまざまな国が研究ステーションの建設、設計、輸送にさまざまな哲学とアプローチを持ち込みました。^{[ 6 ]}ロシアのエンジニアは、設計において自動化された使用と遠隔制御を重視しました。 ^{[ 6 ]}米国、日本、ヨーロッパ諸国は、アクセス性、保守性、モジュール性、再構成可能性という4つの一貫した主要原則に基づいていました。^{[ 23 ]}これは、交換可能なように作られた内部ハードウェアラックの構築に影響を与えました。また、乗組員の好みも考慮に入れられ、乗組員はステーションの内部設計が床、天井、壁がそれぞれ異なる構造になることを強く希望していた。^{[ 23 ]} ISSは2020年代末頃に退役する予定である。^{[ 24 ]}地球低軌道にある他の唯一の有人宇宙ステーションは、中国の宇宙ステーション「天宮」である。天宮は2021年に打ち上げられ、2011年と2016年にそれぞれ最初に打ち上げられた前身の天宮1号と天宮2号に続くものである。^{[ 25 ]}この宇宙ステーションは中国が建造した最大の宇宙船であり、重量は22.5トンまたは49604.01ポンドである。^{[ 26 ]}

南極には約 50 の研究基地があり、年間を通じてこれらの基地には約 1,000 ～ 5,000 人の人が居住しています。^{[ 27 ]}大陸自体は極地砂漠であり、氷で覆われた居住不可能な環境です。^{[ 27 ]}南極条約体制 (ATS)を通じて、約 30 か国が統治しています。^{[ 28 ]}この条約が発効した 1959 年以来、42 か国が署名し、南極に研究基地を設立しました。^{[ 28 ]}南極の研究基地は、夏と冬に応じて季節ベースで運営されています。これは、気温が 2 つの季節で大きく変動し、夏には気温が +10 °C を超え、冬には大陸の沿岸部で -40 °C を下回るためです。 ^{[ 29 ]}ほとんどの作業は、気温が高い夏に行われます。南極大陸の研究基地の大部分はこれらの沿岸地域に位置しており、その多くは大陸の半島沿いに集中している。 ^{[ 29 ]} 

これらの研究基地は、地域の氷点下の気候条件に対応するため、また建物自体の配置と構造を考慮して建設されています。^{[ 30 ]}南極の研究基地は、断熱、建設プロセス中のコンクリートの凍結、吹き溜まりの可能性などの問題を最小限に抑える方法で建設する必要があります。^{[ 7 ]}大陸の研究基地の建設プロセスは、これらの問題に対処するために時間の経過とともに進化しました。南極探検の英雄時代にアーネスト・シャクルトンやロアール・アムンセンなどの著名な探検家が使用した南極の初期の調査基地は、木造の小屋とテントで構成されていました。^{[ 31 ]}研究基地がより大規模で商業的な規模で建設され始めたのは、第二次世界大戦後になってからです。これらの戦後の研究基地は、迅速に建設することを目的として作られ、建設経験や知識がほとんどない個人によって建設されることがよくありました。^{[ 32 ]}この時期の研究基地は、標準的な冷蔵室パネルで構成され、膨張ベークライト断熱材が使用されていました。^{[ 33 ]}このモデルは後に、鉄骨足場で支えられた高床式建物へと発展した。^{[ 33 ]}これは、吹き溜まりの雪の問題に対処し、観測所が「雪に閉じ込められる」のを防ぐための試みであった。1968年には、英国南極調査局（BAS）が運営するハレー研究基地Iが雪に覆われて閉鎖を余儀なくされた。^{[ 34 ]}しかし、この設計では、パネルの断熱材を通過する水蒸気が考慮されておらず、パネルが内側から錆びる原因となっていた。この設計のもう1つの問題は、建物の機能と寸法が制限されていたことである。^{[ 34 ]}このため、建物へのアクセスが困難になった。

この時期以降（おおよそ1960年代後半以降）、移動を妨げる支線の問題を解決し、安全性とサービスの質を向上させ、コストを削減するために、複数の設計が試されました。^{[ 7 ]}この時期の設計要素の例としては、グラスファイバーパネルのステーション、アルミニウムの窓枠、木製パネルなどがあります。^{[ 7 ]}しかし、これらの設計は、積雪や霜の蓄積、効果的な断熱の維持という課題を克服するのにあまり効果的ではありませんでした。この時期に研究ステーションを建設するには大きな課題がありましたが、この地域での建築実験のこの時期から発展した建築上の革新もありました。エンジニアは、建物を風の方向に平行に建設することで、積雪の蓄積を防ぐことができることを発見しました。^{[ 32 ]}エンジニアが発見したもう1つのことは、氷よりも堆積物と岩が優勢な場所では、研究ステーションの構造基礎をステーションサイトの岩盤に直接作ることができるということです。^{[ 32 ]} この試行錯誤の期間を経て、2000年代初頭には、耐久性を重視した、より一貫性のある商業化された構造物を作る動きが始まった。その顕著な例が、 2005年にハレーVIの設計が形成されたことである。これは、浮氷棚上の場所に適した、最も効果的で長持ちする研究基地を作るための設計コンペであった。^{[ 34 ]}結果としてできた設計は、油圧式支柱の上に設置された高架式の基地で構成されており、作業員が物理的に移動したり、雪の吹きだまりから移動させたりすることができる。インド国立南極海洋研究センターの新しい研究基地の設計に携わる建築家バート・ビューキングは、この再設計が南極研究基地の建設へのアプローチを変える上で重要であることを強調し、「英国がハレーVIを建設したとき、多くの国が、ただ何かをするのではなく、特別なことをすることの重要性を認識した」と述べた。^{[ 35 ]}同様に、オーストラリア南極建築システム（AANBUS）は、ブレース付き鉄骨構造、断熱パネル、防湿層を利用して従来の設計および実用上の問題を克服し、南極における設計の基準を確立したと主張している。^{[ 33 ]}