基于人类太空移民计划情境的茶具产品的探析及设计创新.doc

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1、目 录第1章 绪 论51.1研究背景和意义51.1.1 研究的背景51.1.2 研究的意义51.2研究方法和内容61.2.1 研究方法61.2.2 研究内容6第2章 茶文化及茶具产品调研分析82.1茶具产品调研82.1.1产品种类调研82.1.2产品材质调研82.2茶文化分析9第3章 太空情境下茶具产品的物理性质和设计要点103.1太空中水的流动规律103.1.1太空中饮水的安全温度103.1.2太空用水的使用规范103.2太空情境茶具产品的设计要点103.2.1太空茶具所要重点体现的文化103.2.2无需在太空茶具中重点体现的文化10第4章 太空茶具产品创新设计124.1太空茶具产品的造型设

2、计创新124.2太空茶具产品的材质选择创新124.3太空茶具产品的颜色使用创新134.3太空茶具产品的风格体现创新134.5太空茶具产品的安全管理创新134.6太空产品创新案例分析13第5章 总结13参考文献：16致谢17第1章 绪 论1.1研究背景和意义1.1.1研究的背景 2020年将会迎来三年一度的“火星临日”现象，各国抓住这次机会开始了大量的火星探测计划，人类的航空梦想自50年前的登月热之后又一次被点燃，而这次的航空热不仅仅再只是美苏两国的相互竞争，中国、欧盟、印度、伊朗、阿根廷等国家都参与到了此次航空热之中。航空活动也不仅仅是国家财力，科技的体现，更是国家文化输出的重要平台。在201

3、6年的“67届国际宇航大会上”，Space X的CEO，Elon Musk先生，第一次提出了人类移民火星的计划，人类的星际移民也第一次提上日程。截止到2020年1月19日23时30分，猎鹰9号火箭在空中爆炸，完成了宇航员在航天任务中出现大型事故的逃生测试后，Space X的已经完成了包括Starship的建成、火箭回收技术的实裝应用等在内的大量前期准备工作，在 Musk先生的计划中，仅仅4年后就会有第一批科研人员前往火星，在2050年前往火星的人数将达到100万人。同样在中国，也有类似的计划开始酝酿，我国自主的火星移民计划不会晚于2040年。在目前的学术界，有大量的科研人员在致力于产品的太空创

4、新，尤其是在宇航员生活用品设计上，大量的创新型产品被送往太空，例如2016年10月17日，我国宇航员景海鹏和陈冬在神州十一号飞船上面第一次使用了我国自主研发的太空杯，喝到了在太空的第一口茶。与此同时在国外以NASA为首的航天科研机构也在对太空杯进行改良研究，直至目前一款利用毛细管作用的杯子让宇航员成功的用类似于地面的方式喝到了咖啡，除了饮具，宇航员的衣食住行都有着大量的设计需求，许多的科研人员与设计师们开始投身到太空生活用品的设计中来。1.1.2 研究的意义 在Elon Musk先生的论文让人类成为一个多行星物种中说明了星际移民的意义，这里就不加赘述，主要讲解在航天计划过程中文化输出的意义及航

5、天茶具的具体意义。首先文化输出的是中国当代文化中对人类健康向上发展的有价值的东西，即能够代表中国的国家形象，代表中国人民的形象，代表中国民族文化的形象。其本质是传递真实、全面的传播中国文化，获得在国际中公平的话语权。茶道文化作为我国原创的，能够代表中国的国家、人民形象，代表中国民族文化的形象，对其的再创新以及再传播对我国的文化输出有着非凡的意义。而在全球共同关注的航天事业中，航天活动更成为了文化输出的重要平台。其次不单单是文化输出，对于时常面对着仪器，需要时刻保持紧张状态的宇航员来说，来点热茶再好不过了。茶中的多酚物质可以清除自由基、抗氧化；咖啡碱与单宁利尿、防辐射；多糖促进冠状动脉血液循环，

6、保护高体力消耗下的心脏；还有补充维生素、消食等种种好处。在50年前，阿姆斯特朗在踏上月球的时候说到，“我是世界上最孤独的人”而如果在静谧的航天过程中，喝上一口家乡的热茶，我相信如此远在“光年之外”的宇航员们也能体会到家乡的温暖。1.2研究方法和内容1.2.1 研究的方法本论文在撰写过程中主要运用了以下两种研究方法：通过阅读文献、影视资料、学术论文等找出问题并解决问题，因选题原因无法做到实验与功能性调研，需通过大量的书籍来全面、客观、正确的了解所要研究的问题。通过收集资料，了解并使认识系统化的活动。通过资料，图片，自己的心得和市场的需求来进行相关资料搜集、整理、分析以形成自己的观点。1.2.2

7、研究的内容在第一章的绪论中，主要介绍本论文的研究背景，分析太空茶具的时代背景与研究意义，并概述茶文化以及太空产品设计规范。第二章主要针对茶文化及茶具产品进行了调研分析，以深入了解茶文化的历史进程，并对现有茶具茶产品进行调研分析。之后探究了太空饮茶所相关的物理规律，分析水在太空中的运动规律以及实现的难点和解决办法。最后文章从产品造型，技术，材料，外观，颜色等方面深入研究太空茶具的设计办法。第2章 茶文化及茶具产品调研分析中国有着4700年的茶文化历史，无论过去现在都是国家文化的重要组成部分，同时我也相信这种情况未来也不会改变，可是如果有一天人类真正的大规模迈向太空，传统的饮茶方式并不能满足极端条

8、件的饮茶需求，传统的茶具必将在此情境下迎来一次新的大变革。2.1茶具产品调研一套完整的茶具包括茶匙，匙置，茶夹，茶海，茶叶，茶盘，茶壶，茶则，烧水壶，杯托，品茗杯，闻香杯，等12个部分，但是现代的茶具套装往往会缩减工具的数量已达到方便快捷的目的。2.1.1产品外观种类调研 根据调查现在市面上的茶具品类主要分为矩形，圆形，残缺/变异型等。矩形让人感觉典雅，庄严，朴素。圆形包容，活泼，生动。残缺/变异型给人时尚，前卫的感觉，最具视觉冲击。茶具类产品经过千年的传承，新型的茶具产品的种类已经与过去有了不小的差别，新型茶具许多采用了玻璃材质，外观上设计心态多变，相比于传统茶具更加符合现代人的审美。2.1

9、.2产品材质调研1、陶土茶具：造型古朴，光洁无暇，用其泡茶即不会夺茶真香，又无损汤气，能较长时间保持茶叶的色、香、味。2、瓷器茶具：古朴雅致，瓷质厚重，保温性能较好，固为斗茶行家所珍爱。3、玻璃茶具：用玻璃茶具茶叶的整个冲泡过程及茶汤的色泽可一览无余，使人在品茶的过程中得到一种动态的艺术欣赏。4、金属茶具：用金、银、铜、锡等金属制作的茶具密封性能好，有较好的防潮、防氧化、防光、防异味的效果，尤其是锡作为贮茶器具的材料，有较大的优越性。5、竹木茶具：它物美价廉，经济实惠。直到现在，仍然被广大群众所喜爱。2.2中国茶文化分析中国茶道精神应该概括为“怡、清、和、真”四个字。首先“怡”字代表“怡情养性

10、”首先强调的就是身，茶有保健，强身健体的作用，也就是修身，其次就是养性，怡情，人们以茶悟道，从而怡然自得，提高生活质量。“清”字就像是佛教的代名词，清苦，清心，清净，茶清如露，茶禅一味。为人清廉，清正，清心寡欲，清心健体。“和”字代表儒家思想的主要体现，仁，义，礼，智，孝，以“和”为核心，中华民族向来崇尚中庸之道，以“和”为贵。同时以茶会友也是“和”的体现。“真”代表着道家“天人合一”哲学思想的体现。例如返璞归真，道法自然，守真养真等哲学思想。还有真情真意，真善真美，真诚守信等茶道和为人精神。“怡、清、和、真”四字所代表了我国的茶道精神和文化，除内在文化之外，茶道文化还包含了沏茶、赏茶、闻茶、

11、饮茶以及环境，茶具等相关因素都包含在“品茶”二字之中，是茶文化的重要组成部分。第3章 太空情境及茶具设计要点3.1 太空物理空间及环境特点在太空中一切物体处于无重力或微重力环境中，在此空间中，大部分物体的运动规律与地球存在许多的不同。基于太空特殊的环境特点，对饮茶中所需的水的运动规律的研究就显得格外重要。3.1.1太空中水的流动规律在太空低重力或无重力环境下水的流动呈现无规则的布朗运动，且在太空中水分子间相互吸引的，边缘的水分子受到的向中心的力大些，有像中间运动趋势，成大水滴状漂浮于空间中。3.1.2太空中水的安全温度 在太空无压力环境下可以说水在任何温度下都在沸腾，无时无刻都在转化为水蒸气。

12、并且在不同的大气压作用下，水的沸点也不同。沏茶的标准水温是90-100摄氏度，但是太空饮水的安全温度在50度以下，过高的水温会烫伤宇航员的皮肤以及伤害食道。3.1.3太空饮水的相关规范航天员在太空生活对水的需求量很大,根据航天器飞行时间的长短、航天器工作方式的 不同，设计了多种水供应方式，在各种航天器上使用，以满足航天员生命保障的要求。消耗式 水供应。短期载人航天器水的储备按每人每天2。 5千克考虑（只考虑饮用水），采用贮水器供 水,产生的废水不考虑重复使用，为纯消耗式。在太空中饮水因为水的运动规律的问题，只能使用 “吸”这个动作进食。就像宇航员通过牙膏管进食一样。3.2太空情境茶具的设计要点

13、 在天空中饮水自然是有许多的技术难点，而本论文的重点就是如何制作在解决这些难点的同时在未来的太空时代传承茶文化的茶具产品。1、太空中水的无规律运动：除了使用类似于牙膏的吸食方法外，可利用水的张力问题对茶杯的造型进行改良，采用窄口杯可以让水的吸附在杯子里，防止水的流失。2、对于沏茶温度的把控：沏茶的最佳温度在90-100摄氏度，采用电磁加热的方式可避免在不同大气压环境下水无法上升到沸点以上的问题，但传统的家用电热水壶采用沸腾断电的方式在不同环境下并不实用，应该为温度监测，在适当温度下断电。3、太空中茶叶残渣的处理：因为无重力环境，茶叶最好采用茶包的方式浸泡，避免茶叶的无规则飘动。而浸泡过的茶包里

14、会残留不少的水分子以及细小茶渣，仓促丢弃容易造成安全隐患，因此当茶包用完时，可采用封闭包裹茶包，然后丢弃。3.2.1太空茶具所要重点体现的部分在未来所要发展的太空饮茶方面“怡、清、和、真”是茶道发展最重要的核心哲学思想。除此之外，在我看来闻茶，饮茶，是太空茶具所要重点体现的部分，在太空中，茶分子没有了空气分子的阻挡，它们可以一直做直线运动，更快扩散出去，让品茶的人可以快速的闻到茶香。而饮茶更是品茶最关键的部分，需要被重点重现。3.2.2无需在太空茶具中重点体现的部分所谓无需重点体现的部分意思是其不是茶文化的关键所在，并且难以在低重力或极端环境下重现的部分，其中有沏茶以及品茶环境。首先在太空中难

15、以重现传统的沏茶工艺，所谓的功夫茶更是无法完整还原，沏茶的过程最好通过密闭的机器来完成。还有品茶环境虽然可以在太空重现地球的饮茶环境，但是与茶具设计关系不大，切并不是主要部分。第4章 太空茶具产品创新设计太空茶具类产品在设计的过程中应当时刻注意无重力环境下的用水安全，把握太空用水规范，根据水的性质进行进行设计，符合航天标准化章程。同时不能一味的追求创新，产品需要准确把握茶文化的文化内涵，不能脱离饮茶文化的哲学根本。4.1太空茶具产品的造型设计创新在一整套茶具的12个部件中茶叶，茶壶，烧水壶，品茗杯，四样是最不可缺少的部分，但可对其进行设计组合，尽量减少操作的繁琐程度，例如烧水壶与茶壶为一体，类

16、似于咖啡机的浸泡办法。另外茶叶的包装需采用茶包的形式避免茶叶飘动。茶杯的设计可以采用吸食的办法。而倒茶的方式可用利用气压将茶壶内的茶水添加至茶杯中。在茶具中还需要一个必不可少的功能，就是讲煮好的茶水降温功能，不可直接导出热水。或是可利用毛细管作用设计杯体形状，例如上例太空杯，或是采用窄口瓶的的设计原理，让水分子间的相互吸引力发挥作用，防止水的溢出，增加宇航员的饮用体验以及饮品的饮用率。对于产品的造型方面尽量以功能性考虑优先，再无重力漂浮的环境下尽量保证宇航员可以轻易控制产品的动向，方便拿取和固定。4.2太空茶具产品的材质选择创新吸管式饮水袋主要采用TPU面料或是类似环保的新型聚氨酯材质，一般这

17、种材质都具有其它塑料材料所无法比拟的高张力、高拉力、强韧和耐老化强度高、韧性好、耐磨、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐气候等特性，同时他具有高防水性透湿性、防风、防寒、抗菌、防霉、保暖、抗紫外线以及能量释放等许多优异的功能。敞口太空杯应采用钢化玻璃材质，保证杯体的极端状态下的高稳定性，确保杯体不会粉碎，还要具有高通透性，利于用户观察液体的状态。传统的茶具制造材料并不完全使用于太空环境，应使用复合材料技术，新的成型工艺、加工工艺，保证产品在极端环境下的稳定表现，耐高温、耐低温、不易变形、抗撞击、耐磨等都是重要的选材指标。现阶段的选材办法不应采用市场导向办法以降低生产成本为重要考虑标准，应采用最合适的

18、，以用户最高标准选取材料。例如凯夫拉纤维这是一种新型的宇航服所用材料，不仅轻柔且坚固，在极端高温的环境下也拥有极好的表现。4.3太空茶具产品的颜色使用创新改变了传统的茶具制造材料后产品颜色成为了重要的体现茶文化的形象窗口，选取主体颜色应做到古朴典雅，以灰色或是棕色为主色调。但同样为了安全，用于加热的水壶，应当有带红色的警示标志，以免认为的误操作。茶杯以及茶壶部分要做到拥有足够的可视度，保证用户可以观察到水的状态，或是电子数据的显示装置，增加产品可操控性。4.4太空茶具产品的风格管理创新上文曾提到，完整的茶文化不单单指茶，饮茶所在的环境同与茶具同样是茶文化的重要方面，虽然我们在当前背景下难以做到

19、在太空中建造饮茶室，但是我们可以通过对茶具产品的外观创新来适应太空环境，将产品的风格更加倾向于类似航天器的现代化风格，具有一定的科技感。4.5太空茶具产品的安全管理创新无论如何在太空中的用水、饮水安全都是最重要的设计中心，热水在无重力环境下可能会造成严重的损失。所以在设计的过程中需要确保在烧水时水壶的固定，以及避免人为的误操作，在倒入水、饮水的过程中保证器皿的密闭性，避免水的溢出。在烧水壶上一定贴有明显的警示标志，避免误操作以及不必要的损失。4.6太空产品创新案例分析这是一款由NASA和工程公司IRPI共同研发的太空用水杯：这款杯子利用表面的张力、湿气和几何形状来防止里面装盛的液体溢出。杯子的

20、底部都很宽，但到了杯子的开口处附近就出现了一个紧收的V字形，这样的形状能够利用毛细管作用将杯子里的液体引导至杯口附近。这样的杯子可以在零重力或微重力环境下模拟地球的饮水习惯，而且这样的设计不仅环保，宇航员能和到的水也比袋装用吸管喝的器具要多。第5章 总结随着将要来临的太空时代，以及大量的太空探索任务，加上航空航天的私人化，将会有无数的相关设计产品涌现，本文所讲的只是其中的一部分，茶具产品的设计办法。但是在茶具产品的设计背后，却不单单是简单的茶具造型设计，还包含了包括文化传播与创新，科学技术的发展，等等的相关领域。在了解了我国的茶文化以及太空饮茶的相关技术与规范后写下的基于人类太空移民计划情境的

21、茶具产品的探析及设计创新，从产品功能、结构、材质、颜色、安全、文化传播等等反面为太空茶具的设计进行了理论指导。也许有人会问人类的多星球化是否是目前迫在眉睫的课题，这个问题没有人能够回答，但是在Elon Musk先生的带领下，人类的星际移民进程已经进入了高速发展的阶段，各国也在争先恐后的发展航空航天产业，随着航天计划的数量激增，航空航天在未来的几十年之中会出现大量的产品设计需求，在此背景下航天相关产品无疑会成为一个重要的设计方向，我们会需要大量的创新科技产品或是旧产品的航天化创新，而我选择茶具产品的原因就是我希望我可以每天醒来的时候，看见的是我所期盼的未来，但是与此同时，我所喜爱的文化仍然以新的

22、形势陪伴着我，一起进步，但又不改本心。参考文献：1李成智.中国航天技术的突破性发展【J】，20192苑艺. “国际空间站”俄罗斯舱段的发展与应用研究【J】，20193 史汝超. 外太空环境下液体的流动与扩散机理研究【J】20064 杨阳、周一欣、刘静. 太空环境下液体金属散热流道选型的数值模拟研究【J】，20135国防科技杂志.太空环境【J】20036梁辉.3D打印在航天智能制造中的应用【J】20097 赵文静胡坚周品武程大夯. 基于航天产品设计流程的标准应用方法研究【J】，20188 王金华. 适应航天产品批生产的工艺标准化分析【J】，20189 李萍. 论现代人文素养与中华茶道的内在关系【J】，201910 王璐. 新媒体在中国茶文化中的传播和对外翻译中发挥的作用【J】，202011 刘萍萍. 室内外景观元素融合在茶饮空间设计中的应用研究【J】，202012 曹晔. 茶经文化的传承.【J】，201913 Elon Musk【美】. 第67届国际宇航大会Making Humans a Multiplanetary Species【S】2016致谢四年的学习生活即将结束，四年的每一个日日夜夜，老师的教诲与指导，师兄师姐和同学的帮助都历历在目，父母的支持与鼓励总使我的步伐不断向前迈进。我是幸运的，能结识这么多的良师益友，能顺利、愉快地完成学业。14