太空都市，能成为现实吗？

随着社会的发展和科技的进步，地球上的各种资源被日渐消耗。如果人类可以迁居太空，对地球的消耗是否会减小？在太空建立都市可行吗？

2022年9月12日，蓝色起源公司的一枚新谢泼德号火箭在发射后不久便宣告失败。据悉，在升空仅仅1分钟后，该火箭的助推器引擎突然意外起火，随即飞船（未载人）立即触发中止发动机系统，将舱体从发生问题的火箭上喷射出去，随后飞船在降落伞的牵引下安全着陆。这是蓝色起源公司向公众开放服务以来发生的第一起重大事故，而美国联邦航空管理局随即叫停了该公司的后续发射计划，以确定与事故有关的任何系统、流程或程序是否会影响公共安全。

2022年9月12日

新谢泼德号火箭在发射后不久

出现意外

无疑，此次火箭发射的失败对于“蓝色起源”是一次挫折，但是该事件通过媒体的报道也让杰夫·贝索斯创立“蓝色起源”的愿景变得更加广为人知，那就是“奥尼尔圆柱体”太空城才应是人类未来的归属。

太空中的“旋转都市”

杰拉德·奥尼尔是美国著名物理学家，同时还是普林斯顿大学的教授和太空爱好者。奥尼尔认为，人们终究要居住到太空中。首先，工业生产活动可以集中到那里去，这样就可以减少对环境的污染，避免耗尽地球资源；其次，对于地球上日益增长的人口来说，太空可以提供迫切急需的生活空间；最后，在太空可以建立一种全新社会体制，不受地面政府的约束，最终实现古老的乌托邦梦想。

太空城市构想的先驱

——杰拉德·奥尼尔

奥尼尔在大学教授物理期间，曾给学生们布置过设计太空巨型结构的任务，以证明在太空中生活和生存是完全有可能的。接下来，奥尼尔把学生们提出的理论归结为圆柱形太空集合体概念，之后更多的细节和这个设计的功能于1974年发表在《今日物理学》杂志上，该太空巨型结构也被称为“奥尼尔圆柱体”。1976年，奥尼尔在《高空前沿：人类在太空中的殖民地》中正式提出“奥尼尔圆柱体”设想，他指出，建设这种太空城完全在当时人类的技术能力范围之内，认为首个月球制造基地（因月球丰富的资源和较低的引力，即较低的发射成本）可在几年内建成，预计首个太空城将在21世纪初建成。

“奥尼尔圆柱体”概念图

具体而言，“奥尼尔圆柱体”系统由两个圆柱体组成，在轴承上向相反方向旋转，以减轻陀螺效应。每个圆柱体的长度为30千米，直径为7.5千米，里面有山峰、湖泊、森林、公园等自然景色，以及城市等（这些圆柱体如此之大，人们相信其内部会形成云和自身的天气系统），可居住1000万人左右。圆柱体内部气体比例与地球相似，但压力约是地球上海平面压力的一半，不会对人类呼吸造成很大影响。而太阳能板布置在圆柱体的一端，提供运作所需的能源，系统的轴线指向太阳，以保证接收板面永远正对着日光，通过改变接收板的排列以及气体比例，可以控制太空城内接收到的太阳能量的大小，以便调节平均温度和模拟季节变化。

“奥尼尔圆柱体”的内部结构

按照设想，在圆柱体外面会安排3块铝制镜面，跟着圆柱体一起旋转，沿轴向在圆柱面上开3个大窗口，镜面反射的阳光透过窗玻璃射入圆柱体内。每一扇窗恰好正对着圆柱体内的一块生活区，也就是说整个圆筒包含3块生活区，中间隔着3块透明的大墙。通过使用一系列安装在窗口的开合装置，既可以将阳光直接照射到圆柱体中来模拟白天的时间，也可以创造出一种夜晚般的氛围，这个模拟的“夜晚”也将允许圆柱体内众多生物产生的热量从圆柱体中辐射出来，防止“温室效应”将真空中的圆柱体变成一个巨大的火炉。

新 品 上 架

中国空间站3D文具盒

为了更好地让人类在其内部生活，圆柱体会通过自转在内部构建稳定的人工重力场。根据圆柱体的尺寸以及加速度方程，可以计算出圆柱体大约需要每小时旋转28圈来模拟一个合适的引力。而圆柱体的中轴线部分几乎是零重力环境，因此工业加工设施和航天港将被设置于该区，另外一些娱乐设施也可以建在这里，让人们体验零重力环境。

为了节省成本，“奥尼尔圆柱体”不会在地球上建造，而是直接在太空中进行，并会用陨石等天体的材料建设。建好后，为了避免被地球或者月球的引力拉扯，会将其放置在月球轨道的第5拉格朗日点上。

另外，奥尼尔还设计了一种更加小型的太空城，这就是“斯坦福圆环”。“斯坦福圆环”本质上就是弯曲的中空管道，其体积只有“奥尼尔圆柱体”的1/60，通过一分钟转一圈来模拟地球的重力，同时会在圆环上方合适的地方放置大量的镜子用来反射太阳光线，并隔绝部分宇宙射线。由于“斯坦福圆环”并不大，最多可以生存1万人左右，因此它的主要目的并不是移民或者居住，它更大的作用是作为科学研究的前沿站点，以满足人类对宇宙深空的探索需求。

斯坦福圆环的外观

斯坦福圆环的内部

两种太空城理念的碰撞

“奥尼尔圆柱体”虽然因经济上不切实际被航天界的主流逐渐淡忘，至今仅限于科幻领域（如《机动战士高达》），但是它对于某些人还是产生了巨大影响，这其中就包括贝索斯。根据其本人的说法，他创建“蓝色起源”并不是为了让全球的精英在太空中爽几分钟，亦不是漫无目的“钱多了烧手”。在2019年5月9日的一次相关活动中，贝索斯表示，仰望浩瀚的宇宙时，人们不应固守“行星沙文主义”，即认为人类社会将永远居住在行星上。

众所周知，太空探索技术公司创始人埃隆·马斯克一直对殖民火星情有独钟。马斯克认为，火星上有水、二氧化碳、充足的光照、接近地球的引力与自转速度，且离地球仅数月的旅程，多方面条件都适宜人类居住，开始可以以封闭穹顶为基础，逐渐实现火星的全面“地球化”，使其基本无异于地球。但是贝索斯对此不以为然。他指出，火星的引力仅为地球的三分之一，又缺乏防止辐射和维持生态的大气层，环境恶劣，人口移居成本较高，且往返时间过长，以目前的科技基本上等于“一去不复返”，相较之下“奥尼尔圆柱体”这类太空城构想反而更加现实一些。

在火星表面以封闭穹顶为基础

建造的居住基地示意图

本文原载于《太空探索》杂志2022年第12期。

文/兰顺正

本文转载自公众微信号：中国航天科普

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