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登月50周年特稿 | 如何设计一座太空城?

半个世纪前的7月20日,1969年7月20日,执行阿波罗11号计划的美国宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林登上月球。而同一年,伍德斯托克音乐节的舞台前聚集了几十万名追求和平与爱的青年。在神奇的1969年,人类文明向着更为广袤与深邃的?#36710;?#31361;飞猛进。

时?#20004;?#26085;,我们“亲眼所见”的地外空间已经远不止月球。借助NASA的火星探测器,我们早已能清楚地看到另一个星球的景象。

NASA拍摄的火星照片,拍摄于1997年

甚至,NASA已经开始鼓励人们运用3D打印技术,设计出能在火星建造的建筑。

赢得NASA举办的“太空居所3D打印挑战赛”的方案,

由AI SpaceFactory完成

那么,这些堪称伟大的尝试是从什么时候开始的?

人类飞离地球、殖民太空的愿望由来已久。在阿波罗11号成功登月之后,科幻小说中常见的太空城计划被正式摆在了台面上。在没有大气层,没有重力,没有土壤的太空中,在结构力学失效的环境里,人们要如何创造一座城市?

普林斯顿大学的物理学家杰拉德·奥尼尔首先构建出他的太空乌托邦。就在阿波罗11号登月不久之后,奥尼尔和他的学生们开?#35745;?#20272;各种极端环境下人们获取能源,使用材料,处理废弃物等重大事项的可行性,然后得出了一个结论——只能在位于高空的轨道上建立太空城。这个轨道要居于大星体之间、重力平衡的拉格朗日点区域。为此,奥尼尔和他的学生们认真研究?#26031;?#31243;方式,计算了材料应力,光照强度,大气成分,以及通过旋转的离心力产生太空城中的重力。

太空城市构想的先驱——杰拉德·奥尼尔

1975年,奥尼尔开始在斯坦福大学完善他的太空城计划,并将其可视化。NASA也正式开始?#25163;?#36825;个项目,纳入其“夏季研究”计划,使其带上了国家太空战略的色彩。奥尼尔将工程师、太空科学家、物理学家以及艺术家、城市规划师和建筑师聚集在一起,进行“系统设计演练?#20445;?#24182;让艺术家将太空城的内外景观以绘画的形式向世人展现。三个太空城方案的“效果图”里都充斥着?#20146;?#28982;尺度和透视的建筑和场景。和后来的国际空间站内的胶囊式小房间截然不同的是,奥尼尔所构想的是居于巨型太空人造物之内的自然和城市空间。

斯坦福?#19981;?/p>

斯坦福?#19981;?#30340;外观

三个方案中,斯坦福?#19981;?#26159;科学家们提出的所有太空殖民?#25293;?#20013;最可行的。这个长达1英里的?#19981;分?#21487;生活1万人,更大的?#19981;?#26368;多可以为14万人的太空生活提供空间、硬件和补给。

斯坦福?#19981;?#26500;造图

斯坦福?#19981;?#30340;剖面图

阿仕顿·格雷比尔的?#22885;?#26059;转房间”实验,

用以测试人们对低速旋转的空间的适应性

?#19981;?#30340;内环顶部安装镜子,?#28304;?#23558;阳光反射到外层的?#29992;?#21306;,为人们提供犹如地球白昼般的光照。通过不断的旋转,它也能够为居住在其中的人们提供人造重力。

伯纳尔球体

伯纳尔球体方案最早由英国科学家伯纳尔提出,奥尼尔的团队将其完善,用以替代斯坦福?#19981;貳?#36825;个太空城市的?#25293;?#36319;?#19981;?#31867;似,只是它的内部空间更像是一个完整的球体,而非环形。各种伯纳尔球体的设计直径从2英里到10英里不等,内部充满空气,两段靠马达驱动旋转而产生重力,可以容纳75000人。

“赤道”地区的两侧设计了巨大的窗户,放置在球体外部的镜子就能把阳光反射进来。这个区域的重力感受也最接近地球上的体验。人们可以在此设计和建造房屋,甚至模拟地球上的景观和地貌。而球体的“两极”区域却由于重力的缘故,令人晕眩,无法长期停留。

这个方案提出不久之后,人们同样对其相当乐观。支持者认定最晚在90年代这座太空城市就能变?#19978;?#23454;,之后每两年NASA就能建造出一个伯纳尔球体。

奥尼尔圆筒

最后一个太空城设计方案则是以奥尼尔本人姓氏命名的“奥尼尔圆筒”。这个设计由两个反向旋转的巨型圆筒组成,抵消陀螺效应,使太空城可以朝向太阳获得阳光。圆筒的直径为5英里,长度为20英里。两个圆筒同样以旋转产生人造重力,供近100万人同时在其中生活。

阳光是从奥尼尔圆筒侧面的三个交替出现的透明条状外壳上照射进来。圆筒以每分钟一圈速度转动,该如何保证?#26448;?#30340;阳光不会因此出现不断?#20102;?#30340;效果?因此,在另一种圆筒的设计方案中,阳光从奥尼尔圆筒的一端照进?#26448;冢?#20687;隧道尽头的光亮。

奥尼尔圆筒的体积远远超过上面所说的?#19981;?#21644;球体,设计者甚至认为这个巨大的空间足以形成真实的云和自身的天气变化。

奥尼尔圆筒中的日食现象

?#19981;貳?#29699;体、圆筒,

为何都没能实现?

斯坦福?#19981;肥亲?#25509;近实现的太空城市计划。可是由于极为高昂的预算和几个尚未解决的技术难题,这个计划在诞生了45年之后依然只能是一个空想,只有?#32654;?#22366;?#20004;?#20173;然对其念念不忘。

2013年的?#32654;?#22366;电影《极乐空间?#20998;?#30340;太空城,

设计显然来自斯坦福?#19981;?/p>

似乎更有可能早日变?#19978;?#23454;的方案则?#21069;?#23612;尔圆筒。就在今年5月,亚马逊以及航天科技公司Blue Origin的创始人贝索斯公开表示支持奥尼尔圆筒这个太空城市计划。

跟另一位心怀宇宙的大?#23567;?#39532;斯克不同的是,贝索斯对建立火星城?#34892;?#36259;不大。他心中的太空城市就在奥尼尔的圆筒之?#23567;?/p>

贝索斯和他的Blue Origin已经公布了太空城的构想,

设计方案来自近半个世纪前的奥尼尔圆筒

和贝索斯一样?#28304;烁行?#36259;的人就是大导演?#36947;肌?#22312;《星际穿?#20581;分校?#39532;修·麦?#30340;?#39280;演的角色在苏醒后发现自己来到和奥尼尔圆筒完全一致的太空城内,远处的阳光那么熟悉而又陌生。

?#19981;貳?#29699;体、圆筒,你认为哪个才是人类未来的家园?我们无从而知。无论是哪一个,看起来似乎都比带着地球去流浪更容易成为现实。

1976年,奥尼尔把上述太空城构想集结成书——《高处领域:人类的太空殖民计划》(The High Frontier: Human Colonies in Space)。如果你?#28304;?#20805;满兴致,不妨买来一读。需要反复提醒你自己的是:这绝非科幻作品,而是人们在半世纪前就开始进行的太空殖民探索。

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