太空都市，能成為現(xiàn)實(shí)嗎？

文/蘭順正

9月12日，藍(lán)色起源公司的一枚新謝潑德號(hào)火箭在發(fā)射后不久便宣告失敗。據(jù)悉，在升空僅僅1分鐘后，該火箭的助推器引擎突然意外起火，隨即飛船（未載人）立即觸發(fā)中止發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，將艙體從發(fā)生問題的火箭上噴射出去，隨后飛船在降落傘的牽引下安全著陸。這是藍(lán)色起源公司向公眾開放服務(wù)以來發(fā)生的第一起重大事故，而美國(guó)聯(lián)邦航空管理局隨即叫停了該公司的后續(xù)發(fā)射計(jì)劃，以確定與事故有關(guān)的任何系統(tǒng)、流程或程序是否會(huì)影響公共安全。

無疑，此次火箭發(fā)射的失敗對(duì)于“藍(lán)色起源”是一次挫折，但是該事件通過媒體的報(bào)道也讓杰夫·貝索斯創(chuàng)立“藍(lán)色起源”的愿景變得更加廣為人知，那就是“奧尼爾圓柱體”太空城才應(yīng)是人類未來的歸屬。

▲ 2022年9月12日，藍(lán)色起源公司的一枚新謝潑德號(hào)火箭在發(fā)射后不久出現(xiàn)意外，飛船（未載人）立即中止發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，并將艙體從火箭上噴射出去（視頻截圖）

太空中的“旋轉(zhuǎn)都市”

杰拉德·奧尼爾是美國(guó)著名物理學(xué)家，同時(shí)還是普林斯頓大學(xué)的教授和太空愛好者。奧尼爾認(rèn)為，人們終究要居住到太空中。首先，工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)可以集中到那里去，這樣就可以減少對(duì)環(huán)境的污染，避免耗盡地球資源；其次，對(duì)于地球上日益增長(zhǎng)的人口來說，太空可以提供迫切急需的生活空間；最后，在太空可以建立一種全新社會(huì)體制，不受地面政府的約束，最終實(shí)現(xiàn)古老的烏托邦夢(mèng)想。

奧尼爾在大學(xué)教授物理期間，曾給學(xué)生們布置過設(shè)計(jì)太空巨型結(jié)構(gòu)的任務(wù)，以證明在太空中生活和生存是完全有可能的。接下來，奧尼爾把學(xué)生們提出的理論歸結(jié)為圓柱形太空集合體概念，之后更多的細(xì)節(jié)和這個(gè)設(shè)計(jì)的功能于1974年發(fā)表在《今日物理學(xué)》雜志上，該太空巨型結(jié)構(gòu)也被稱為“奧尼爾圓柱體”。1976年，奧尼爾在《高空前沿：人類在太空中的殖民地》中正式提出“奧尼爾圓柱體”設(shè)想，他指出，建設(shè)這種太空城完全在當(dāng)時(shí)人類的技術(shù)能力范圍之內(nèi)，認(rèn)為首個(gè)月球制造基地（因月球豐富的資源和較低的引力，即較低的發(fā)射成本）可在幾年內(nèi)建成，預(yù)計(jì)首個(gè)太空城將在21世紀(jì)初建成。

▲ 太空城市構(gòu)想的先驅(qū)——杰拉德·奧尼爾

▲ “奧尼爾圓柱體”概念圖

具體而言，“奧尼爾圓柱體”系統(tǒng)由兩個(gè)圓柱體組成，在軸承上向相反方向旋轉(zhuǎn)，以減輕陀螺效應(yīng)。每個(gè)圓柱體的長(zhǎng)度為30千米，直徑為7.5千米，里面有山峰、湖泊、森林、公園等自然景色，以及城市等（這些圓柱體如此之大，人們相信其內(nèi)部會(huì)形成云和自身的天氣系統(tǒng)），可居住1000萬人左右。圓柱體內(nèi)部氣體比例與地球相似，但壓力約是地球上海平面壓力的一半，不會(huì)對(duì)人類呼吸造成很大影響。而太陽能板布置在圓柱體的一端，提供運(yùn)作所需的能源，系統(tǒng)的軸線指向太陽，以保證接收板面永遠(yuǎn)正對(duì)著日光，通過改變接收板的排列以及氣體比例，可以控制太空城內(nèi)接收到的太陽能量的大小，以便調(diào)節(jié)平均溫度和模擬季節(jié)變化。

▲ “奧尼爾圓柱體”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

▲ 斯坦福圓環(huán)的外觀

按照設(shè)想，在圓柱體外面會(huì)安排3塊鋁制鏡面，跟著圓柱體一起旋轉(zhuǎn)，沿軸向在圓柱面上開3個(gè)大窗口，鏡面反射的陽光透過窗玻璃射入圓柱體內(nèi)。每一扇窗恰好正對(duì)著圓柱體內(nèi)的一塊生活區(qū)，也就是說整個(gè)圓筒包含3塊生活區(qū)，中間隔著3塊透明的大墻。通過使用一系列安裝在窗口的開合裝置，既可以將陽光直接照射到圓柱體中來模擬白天的時(shí)間，也可以創(chuàng)造出一種夜晚般的氛圍，這個(gè)模擬的“夜晚”也將允許圓柱體內(nèi)眾多生物產(chǎn)生的熱量從圓柱體中輻射出來，防止“溫室效應(yīng)”將真空中的圓柱體變成一個(gè)巨大的火爐。

為了更好地讓人類在其內(nèi)部生活，圓柱體會(huì)通過自轉(zhuǎn)在內(nèi)部構(gòu)建穩(wěn)定的人工重力場(chǎng)。根據(jù)圓柱體的尺寸以及加速度方程，可以計(jì)算出圓柱體大約需要每小時(shí)旋轉(zhuǎn)28圈來模擬一個(gè)合適的引力。而圓柱體的中軸線部分幾乎是零重力環(huán)境，因此工業(yè)加工設(shè)施和航天港將被設(shè)置于該區(qū)，另外一些娛樂設(shè)施也可以建在這里，讓人們體驗(yàn)零重力環(huán)境。

▲ 斯坦福圓環(huán)的內(nèi)部

▲ 在火星表面以封閉穹頂為基礎(chǔ)建造的居住基地示意圖

為了節(jié)省成本，“奧尼爾圓柱體”不會(huì)在地球上建造，而是直接在太空中進(jìn)行，并會(huì)用隕石等天體的材料建設(shè)。建好后，為了避免被地球或者月球的引力拉扯，會(huì)將其放置在月球軌道的第5拉格朗日點(diǎn)上。

另外，奧尼爾還設(shè)計(jì)了一種更加小型的太空城，這就是“斯坦福圓環(huán)”。“斯坦福圓環(huán)”本質(zhì)上就是彎曲的中空管道，其體積只有“奧尼爾圓柱體”的1/60，通過一分鐘轉(zhuǎn)一圈來模擬地球的重力，同時(shí)會(huì)在圓環(huán)上方合適的地方放置大量的鏡子用來反射太陽光線，并隔絕部分宇宙射線。由于“斯坦福圓環(huán)”并不大，最多可以生存1萬人左右，因此它的主要目的并不是移民或者居住，它更大的作用是作為科學(xué)研究的前沿站點(diǎn)，以滿足人類對(duì)宇宙深空的探索需求。

兩種太空城理念的碰撞

“奧尼爾圓柱體”雖然因經(jīng)濟(jì)上不切實(shí)際被航天界的主流逐漸淡忘，至今僅限于科幻領(lǐng)域（如《機(jī)動(dòng)戰(zhàn)士高達(dá)》），但是它對(duì)于某些人還是產(chǎn)生了巨大影響，這其中就包括貝索斯。根據(jù)其本人的說法，他創(chuàng)建“藍(lán)色起源”并不是為了讓全球的精英在太空中爽幾分鐘，亦不是漫無目的“錢多了燒手”。在2019年5月9日的一次相關(guān)活動(dòng)中，貝索斯表示，仰望浩瀚的宇宙時(shí)，人們不應(yīng)固守“行星沙文主義”，即認(rèn)為人類社會(huì)將永遠(yuǎn)居住在行星上。

眾所周知，太空探索技術(shù)公司創(chuàng)始人埃隆·馬斯克一直對(duì)殖民火星情有獨(dú)鐘。馬斯克認(rèn)為，火星上有水、二氧化碳、充足的光照、接近地球的引力與自轉(zhuǎn)速度，且離地球僅數(shù)月的旅程，多方面條件都適宜人類居住，開始可以以封閉穹頂為基礎(chǔ)，逐漸實(shí)現(xiàn)火星的全面“地球化”，使其基本無異于地球。但是貝索斯對(duì)此不以為然。他指出，火星的引力僅為地球的三分之一，又缺乏防止輻射和維持生態(tài)的大氣層，環(huán)境惡劣，人口移居成本較高，且往返時(shí)間過長(zhǎng)，以目前的科技基本上等于“一去不復(fù)返”，相較之下“奧尼爾圓柱體”這類太空城構(gòu)想反而更加現(xiàn)實(shí)一些。

可以預(yù)見，雖然此次“藍(lán)色起源”遭遇了挫折，但貝索斯依舊會(huì)向著自己構(gòu)想的愿景一步步邁進(jìn)，究竟他和馬斯克哪一個(gè)能夠率先成功，讓我們拭目以待。