留在太空城

当我们想象地球之外人类的未来时,我们通常会想到其他行星,首先是火星。但是还有另一种选择,即在地球轨道周围或其他天体周围为人类物种制造栖息地。目前,它仍然是科幻小说,但这个主题已被非常认真的人多次研究过。浮在空间空间的人类殖民地的想法首先出现在康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)身上。 1903年,他意识到旋转圆柱体可以通过离心力模拟地球的引力。在20世纪初,当我们发现并理解空间环境的条件时,概念会迅速增加。设想解决方案允许人类居住在那里。例如,Wernher von Braun想象一个76米长的低轨道车轮。 1952年,斯坦利库布里克的电影“2001 A Space Odyssey”推广了这种轮状空间栖息地的概念。从20世纪60年代开始,太空飞行成为现实。大国发射了第一个空间站来研究人类在太空中的长期停留。通过第一批结果,最终确定了空间栖息地模型。

2001 a space odyssey

太空城由美国物理学家奥尼尔想象

在20世纪70年代,NASA开始认真研究这个问题。美国太空管理局委托少数物理学家进行可行性研究,包括Gerard K. O’Neill博士。他将在美国航天局的大部分职业生涯中致力于解决这些问题。奥尼尔为NASA设计的第一款设计名为“Island One”,一个空心球体。这个想法是将人口包含在球体的内部面上。这种特殊的形状具有优化气压和提供有效的辐射防护的优点。奥尼尔计算出一个直径只有500米的球体可以庇护一万人口。通过在赤道区域旋转它,人的重力将等于地球的重力。镜子将负责将太阳光带入球体。不久之后,奥尼尔想象出另一个直径1800米的球体,“Island Two”能够举办农业和工业活动。其想法是通过自己的生产方式为居民提供一些独立性。凭借“三岛”太空城的概念,奥尼尔选择了直径8公里,长32公里的圆柱形。理论上,栖息地足够大,有自己的天气现象。

oneill cylinder

太空城的建设遇到了许多障碍

大规模空间栖息地的建设遇到了非常重要的障碍,其中最大的障碍可能是进入太空的成本。即使所有SpaceX项目都已实现,也需要近7万次BFR发射才能运行所需材料,以建造能够容纳10,000人的1000万吨住房,相当于人均7 BFR。凭借BFR的百名殖民者,Elon Musk提出的火星殖民地似乎更加现实。此外,通过选择不殖民行星,人们不得不自己带来一切。行星的殖民化也提供了重力,大气压力和一些当地资源的保障。有一个漂浮在太空中的栖息地,你必须从头开始。虽然许多空间站已经证明了它们的价值,但目前它们都没有能够通过离心力证明人造重力。行星也可能提供磁场,因此可以提供一定程度的防御宇宙辐射。没有大气层意味着没有防止微陨石坠落的保护。最后,理想情况下,空间栖息地应该是自主的,从而提供一个能够运作的生态系统。这涉及创建和掌握一个遗憾的是无法在地球上实施的环境。

然而,太空城的建设将带来许多好处

如果我们有一天能够在太空真空中开发非常大规模的施工方法,那么栖息地制造变得非常有吸引力。没有引力肯定是人类生活的一个制约因素,但却是太空旅行的资产。没有重力,空间栖息地成为比行星殖民地更省油的目的地。在轨道上或地球附近建造太空城的可能性使这一优势倍增。地球生命的大部分能量来自光合作用或光合生物的消耗。围绕太阳运行的太空栖息地可以选择其日照条件。在像Dyson球体这样更极端的版本中,一个太空栖息地会收集一颗恒星发出的所有光。即使没有可居住的行星,单个太阳系也可容纳数万亿人。

dyson sphere

最后,永久的空间栖息地可以成为行星殖民化的支撑。如果人类物种有一天想要成为一个星际文明,它就没有多少选择:它要么发现一种方式去旅行到光速的不可忽视的一小部分,要么它接受旅行将花费超过一代。在后一种情况下,唯一的选择是建造能够容纳足够大的人类样本以避免血缘关系的巨大栖息地。这个栖息地将负责数百或数千年的旅行。

在不久的将来,太空城的开始

在未来更近一点,我们可以合理地假设我们不会从国际空间站转到地球轨道上的一个巨大的殖民地。但是,我们开始研究中间步骤。例如,私人公司Bigelow Aerospace制造充气模块。 Bigelow希望能够将大量充气模块放入轨道。这些空间栖息地中最大的被称为BA 2100,仅仅因为它提供了2100立方米的加压体积。相比之下,国际空间站整体提供9131立方米的加压量。为了与BFR进行比较,它应该能够进入两个BA 2100的轨道。每个模块75吨,每次发射4200立方米的加压体积,它开始变得有趣,它为轨道上的人类活动提供了一些舒适。

bigelow inflatable module

无论是科学还是太空旅游,都可以通过利用月球或小行星等低重力天体的资源来促进太空中的巨型结构的建造。这是奥尼尔设想的解决方案。然后我们可以认为太阳系的某些恒星(包括月球和火星)的殖民化可以作为太空殖民化的跳板。但只要进入轨道的成本没有急剧下降,那仍然是理论。 SpaceX的激进价格非常重要,因为它迫使整个行业找到解决方案来降低进入太空的成本。如果我们不太可能很快看到容纳成千上万人类的巨型气瓶,我们至少可以希望一百多年前设想的第一个车轮将减轻未来宇航员的太空病。

图片来自:
唐纳德戴维斯[公共领域],通过Wikimedia Commons
Flickr上的NASA
Rick Guidice,美国宇航局艾姆斯研究中心; color-corrector unknown [Public domain],来自Wikimedia Commons
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