殖民外星，你準備好了嗎？

本刊編輯部

殖民太陽系的瘋狂計劃

如今，火星是人類殖民外星計劃的一個大熱門，第一個走上這個紅色星球上的人，將會與第一個登上月球的尼爾·阿姆斯特朗一樣永載史冊。

雖然殖民火星是一個最引人注目的太空殖民計劃，但我們也別忘了在太陽系其他地區進行太空殖民的可能性。許多人都提出過許多殖民太陽系的計劃，有些聽起來還有點瘋狂。下面，我們來列舉10個殖民太陽系的瘋狂計劃。

金星上的云中之城

我們的姊妹行星金星可以說是一個人間地獄，它的地表溫度平均約為500℃，地表氣壓差不多是地球上的92倍，金星大氣中的云還含有大量的硫酸。當然你無需對硫酸雨表示擔心，因為在硫酸雨腐蝕你的皮膚之前，這里的高溫早就要了你的命。這個人間地獄，對于做著殖民太空夢的人類來說，可不是什么好地方。那么，我們只能與金星說拜拜了？

然而，美國宇航局的工程師們仍然想到了一個殖民金星的辦法：在離金星表面約50千米的高空建立一個由漂浮的飛艇構成的殖民地。就像地球一樣，越往高處走，大氣就越稀薄。在他們所建議的高度上，金星的氣壓與地球表面的氣壓是類似的，但溫度仍然能達到75℃左右，所以外面的環境很不適宜，不過飛艇內部可以借助于溫度調控系統來產生一個溫度適宜的環境。

如何實現這個大膽的計劃呢？早期的飛艇應該會是充滿氦氣的飛艇—在膨脹的氣球下面掛著一個船艙。盡管這并不是一個革命性的設計，不過這些氣球的表面將會覆蓋著太陽能電池板，可以從灑向金星的陽光中獲取電能。這些氣球會以膠囊的形式發射到金星的上層大氣中，然后會在那里開始自動充氣，并在飛艇墜到地面之前能及時充滿并漂浮起來。

谷神星上的穹頂城市

谷神星坐落于火星和木星之間的小行星帶之中，是一顆直徑約950千米的矮行星。它的表面積略微大于阿根廷的國土面積。它是一個冰冷的大塊兒巖石星球，其表面上的重力只有地球的2.8%。

為什么有人想去這里呢？目前來說，我們還沒有發現火星上有任何特別有用的礦物，但谷神星卻是太陽系中最富含礦物的地區之一。你可以在谷神星開采出鉑和鈀，這兩種金屬是價值連城的。更驚奇的是，這個小小的巖石星體卻包含比地球還多的淡水，殖民者可以直接使用這些水，也可以把水轉變為可呼吸的氧氣和可用作火箭燃料的氫氣。

不過，唯一能把谷神星變為人類殖民地的方法，是使用一堆穹頂。因為谷神星的大氣極為稀薄，我們必須在谷神星表面上罩一個透明的穹頂。隨著殖民地的擴大，這里的殖民者可以一個挨著一個地建造一堆內部相連的穹頂，直到整個星球上適宜的地方都被穹頂所覆蓋，就像一個巨大昆蟲的復眼那樣。

這種方法真的可行嗎？目前對于我們來說，這個計劃還很難很快地實施，至少很難達到那種建造規模。但我們早在地球上建立了一些封閉生態系統來進行實驗，例如位于美國的生物圈二號，位于俄羅斯的BIOS-3等。也許，谷神星上的穹頂城市不過是把這種技術進行不斷地完善和提高。

月球上的混凝土家園

自從1972年阿波羅登月艙最后一次登陸月球以后，再也沒有人類造訪過月球。月球是冰冷的，塵埃遍地，完全不適合人類居住，但這并不意味著不值得我們回到這里。美國宇航局最新的一項研究表明，在月球上建立永久殖民地的成本出奇的便宜—僅僅需要大約100億美元，而不是之前大家假定的1000億美元。美國宇航局使用現有的預算，就可以立馬開展這個項目。

而且，建立月球基地從經濟和后勤保障的角度來說都具有很高的價值。從月球上發射火箭會更加便宜，火箭燃料所需的大部分的氫氣和氧氣都可以從月球兩極開采出的水轉換而來。而且，如果我們沒有把太空軍事化的話，那么月球可能會成為太空旅游的中轉站。

怎樣在月球上建立一個永久的殖民地呢？人們提出了很多想法，包括充氣型的艙體，到在月表之下挖洞，再到在月球軌道上建空間站等，但最為瘋狂的也最為簡單的是建立一個混凝土家園。

1992年，一位材料科學家研究了一塊從美國宇航局帶來的月球巖石后，發現月球表面上已經堆滿了制造混凝土所需的一切。尤其是月球上存在大量的鈦鐵礦，里面含有鐵和鈦的氧化物。這位科學家還把一批月球巖石碾成一堆粉末，并在幾個小時之內讓蒸汽通過它們，最終創造出了一塊混凝土，似乎比普通的混凝土更加堅固。因此，在月球上建造一群混凝土建筑似乎不是什么難事。

泥球棲息地

1975年，美國宇航局對多種“自由空間”棲息地設計方案進行了可行性的探討。“自由空間”棲息地是一種不拴在任何特定天體上的而是直接在太空中搭建的棲息地。在他們提出的所有“自由空間”棲息地中，有一種棲息地是如此的簡單，以至于它可以馬上就能實現—這就是泥球棲息地。

要理解泥球棲息地，請想象一條繩子兩端各拴著一個球。每個球的直徑為22米，里面可以容納10個人。中間的繩子將有2千米長，并且整個結構將在每分鐘旋轉一次，這樣球里面的人就感受到類似地球上的重力。然后，在給每一個球的外面裹上大約5米厚的月球泥土，當作防輻射的屏障。這樣，你就得到了一個考慮周全的太空之家。

泥球棲息地被視為能夠為一個家庭提供一切所需的太空棲息地。它里面會有種植物的房間，還有能提供電力的太陽能電池板。而在繩子中間，它還有一個無重力的制造車間，殖民者可以在這里制造出建造其他泥球棲息地的材料。就像美國過去的西部拓荒者一樣，建造泥球棲息地的先驅們可以把他們這里變為一座漂浮于太空中的城市。

木衛二冰殼之下的基地

近年來，木衛二已被看成太陽系內最有可能存在地外生命的地方。美國宇航局對這個想法是如此認真，以至于他們正在準備開展一個無人深空探索項目。該太空探測器將會圍繞木星旋轉，并有45次的機會從木衛二旁邊飛掠過去，這樣就可借機探尋木衛二是否存在生命。他們希望能在未來的十幾年之內實現這個項目。

不過，美國一家私人公司的想法更激進，他們并不想等著讓無人探測器來完成這份工作，而是想在50年內把人送到那里，而且這個前往木衛二的任務也是單程的，去了就不再回來了。

木衛二的表面溫度可低到大約-170℃，它還沒有大氣層（或極為稀薄），而且木星產生的致命輻射還不斷灑向這顆衛星。為了克服這些問題，這家公司想讓他們的宇航員躲到木衛二的冰殼之下。在表面上建好一個臨時基地后，宇航員們將鉆過冰殼抵達下面較溫暖的海洋之中，然后在海底下或冰層內制造出一個永久性的氣泡，并在里面建立一個基地。

奧尼爾圓筒

奧尼爾圓筒是一個巨大的管子，直徑為8千米，長為3千米，它可通過旋轉模擬出重力來。理論上講，每個圓筒最多可容納1000萬人。

這種想法是美國物理學家杰拉爾德·奧尼爾在1974年提出來的。當然，他的想法在當時不過是被當作一個科幻小說的創作素材而已。那時，人類才剛剛登上月球，立馬就考慮建立一個可容納1000萬人的巨型太空城，似乎是一件遙不可及的事情。

然而，正如經常所發生的那樣，科學正在迅速追趕科幻。根據英國星際學會的分析，我們今天就可以建造一個真正的奧尼爾圓筒。用來建造圓筒的大部分材料都可以從月球那里開采，我們只要使用當前一些不太昂貴的航天器就可以把奧尼爾圓筒搭建出來。

小行星的泡泡世界

在奧尼爾圓筒這個想法被提出來的很久之前，美國宇航局的科學家丹德里奇·科爾就提出過一個類似的概念，被他稱為“泡泡世界”。奧尼爾圓筒的大部分建造材料取自于月球，而科爾的想法需要使用較多的金屬。

首先，我們必須找到一顆大部分都是金屬構成的小行星，最好是含有像鎳鐵一樣具有延展性合金的小行星。這很容易找到，在我們周圍就有數以千計這樣的小行星。下一步將是開鑿一條穿過小行星中心的隧道，并向隧道里面注入水，然后利用聚集起來的陽光熔化隧道兩端并把隧道封閉起來。然后再次利用聚集起來的陽光，緩慢加熱這顆小行星并使得它的金屬體發生軟化，同時使得里面的水沸騰起來，這樣液態水變為水蒸氣后會在軟化后的小行星內發生膨脹，產生一個中空的結構。

冷卻了以后，移除不需要的水，使用鏡子把太陽光反射到內部的中空結構里，并使小行星自轉以模擬出類似地球上的重力。這樣，人們就可以在里面建造出一個太空家園。

畢格羅的氣球空間站

作為有史以來最昂貴的和最大的人造天體，國際空間站已經成為人類進步的一個標志。它是由20多個國家參與的動用了超過1600億美元的合作項目。自從2000年以來，宇航員們在國際空間站上對微重力、宇宙射線、生物技術和暗能量等許多方面進行了開創性的研究。

面對風光無限的國際空間站，美國拉斯維加斯房地產大亨羅伯特·畢格羅只有一個念頭：“我可以做得更好。”于是，他從自己口袋里掏出5億美元成立了畢格羅宇航公司，來研發和建造一個商業性的空間站。雖然國際空間站是通過每兩年一次的發射在太空中一塊一塊地組裝起來的，但畢格羅宇航公司采用的方法更為簡單：把一個巨大的氣球塞進火箭的鼻尖里，一旦火箭抵達大氣層外，氣球就開始充氣并形成一個能夠容納6名宇航員的空間站。

聽起來好像是一個挺激進的想法，但它卻是可行的。畢格羅宇航公司已經擁有了兩個在軌運行的氣球空間站模塊—創世紀I號與創世紀II號，以及一個與國際空間站連接的畢格羅可充氣活動太空艙（BEAM）。另外，畢格羅并不滿足于只在地球周圍開展業務。在未來，他的氣球空間站業務還會包括殖民月球、建立火星基地以及進行深空探測等。

柯伊伯帶上的盤形城市

美籍英裔數學物理學家弗里曼·戴森要么是一個知識淵博的人，要么是一個瘋子。他曾獲得過許多科學獎項，但他的一些想法常常傾向于跌出科學理性領域之外。

他最著名的想法之一就是戴森球，一個可以包裹一顆恒星的大型建筑結構，可以用來獲取恒星釋放出的大部分能量。但戴森也提出過位于太陽系其他地方的設計，特別是柯伊伯帶那里—一個處于海王星軌道之外的彗星密集區域。

在該地區，彗星通常會擁擠成群，這樣彼此拴住就可以形成一大片的殖民地。正如戴森所構想的，一個位于柯伊伯帶的大都市將會是一個平坦的、盤形的彗星集合，彗星之間被長長的繩索連接起來，它們一起緩慢地旋轉，以此來保持繩索處于繃緊的狀態。

即使它們沒有拴起來，一個彗星也會頻繁地與其他的彗星擦肩而過，而且它們常常處在距離彼此150萬千米之內，這使得殖民者可以從一個彗星很容易地跑到另一個彗星上。至于如何在冰冷的柯伊伯帶那里獲取足夠的光和熱，戴森表示，只要建立一個100千米寬的鏡子陣列就能夠產生大約1000兆瓦的太陽能。

生物工程樹

想象一棵從彗星上長出的巨樹，它的根部填補了彗星內部的縫隙，它的樹冠形成一種圍繞在外的保護傘，而它空心的樹干里居住著熙熙攘攘的人類殖民者……歡迎再次來到戴森的怪異思維中。

1997年，戴森發表了一篇題為“恒溫植物和凍干魚”的文章，里面提到了一項用生物工程改造的“溫室樹”來為人類殖民者提供太空棲息地的計劃。在文中，他介紹了使用這種方法來殖民一顆彗星的步驟—與許多傳奇的故事一樣，人類進入宇宙的旅程將從一粒種子開始。

根據戴森的描述，一旦這粒種子擊中一顆彗星的表面，它就會生長為一個巨大的恒溫植物，而且它是經過生物工程改造過的，可以在冰冷的太空環境中只借助遙遠的太陽光即可生存下去。在那里，這棵樹能長得特別大，最終形成一個溫暖的、封閉的、充滿由光合作用產生的氧氣的棲息地。人類抵達這里時，可以在空心的樹干內安家。

殖民外星球需要多少人

地球不是人類永久的家園，終究有毀滅的那一天。而且，人類現在的種種活動，給地球造成的各種災難正在不斷上演，以至于我們的地球已“千瘡百孔”。此外，加上日益暴漲的人口數量，這也使得原本受傷的地球越來越不堪重負。所以，為了人類的世代繁衍，人類必須要向太空擴展，去尋找地球以外的“第二棲息地”，并能在那里建立一個全新的殖民地。

星際旅行時間漫長

但是，在太陽系里并沒有一個類似地球這樣的地方，因此我們只能到太陽系外尋找另外的宜居星球。目前科學家發現，這樣的星球可能有5個：距離地球27光年的獵犬座的黃矮星，距離地球42光年的仙女座恒星，更遠些的金屬元素含量約為太陽一半的天鶴座恒星，以及天蝎座18和飛馬座51。

不過，問題是人類怎么才能到達這些星球呢？不用說，肯定得借助先進的星際飛船！但需要指出的是，對于太陽系內的火星，人類至今都還沒有親身上去過，而且據美國航天局預測，大概還需要20年的時間人類才能夠最終登陸火星。所以，以人類目前的科技水平，就別指望還能出太陽系去另外的星球了。可以想象，星際旅行之間的難度有多大！

據計算，距離太陽系最近的恒星系統——離地球約有4.23光年的半人馬座α星（也叫比鄰星），究竟有多遠呢？就是以光的速度到那里只要4.23年，但我們并沒有任何星際飛船的速度能夠達到和光速一樣快。就目前的飛船速度而言，如果要飛往比鄰星，最快也得需要幾千年才能到達。看來，比鄰星雖然“比鄰”，但是卻遠在天涯！

而且，這些星際飛船暫時還沒有達到載人的水平。不過，即使在不久的將來飛船具備了這一技術，但對于人類短暫的生命而言，他們就是到死也無緣見到飛船抵達的那天。要是最終還有人會到達，那也是人類不知經過了多少代繁衍后才遺傳下來的后代。所以，在到達目的地之前將會有一代又一代的人在飛船上出生、生活和死亡。要知道，這還是離地球最近的比鄰星，尚且都需要幾千年的時間，更何況是那些更遠的星球哩！

看來，在星際飛行的漫長旅途中，需要好多代人類的先驅。因此，我們不得不考慮一個問題：就是怎么讓人類在飛船上正常繁殖？不容置疑，飛船上的人口數量一定不能太少。那么，在到達目標星球之前，究竟要帶多少人才能保證人類的繁衍生息呢？

初始人口要足夠多

美國佛羅里達大學的人類學家根據人類學的模型計算出，假如人類乘坐一艘星際飛船到太陽系外的一個星球上去，并建立一個全新的殖民星球，飛船飛行的時間為2000年，那么，飛船上要帶夠150人才可以滿足人類的繁殖需求。但是，美國波特蘭州立大學的科學家卻認為，也許150人可以滿足人類在飛船飛行前期的正常繁殖，但并不能保證在飛行后期或到達目標星球后，這些人的后代還能在這個星球繼續繁衍。

我們知道，一個種群中個體數量較少，并且又在十分孤立的環境中，就很可能會造成種群內部的近親繁殖，其后果就是他們后代容易患有一些先天性的遺傳疾病，那么很多人就會因此而死掉。而且，后代的后代罹患各種遺傳疾病的概率也會相應增大，健康狀況一代不如一代，這樣下去，死的比生下的還要多，以至種群的個體數量越來越少，最終導致這個種群逐漸走向絕滅。因此，要最大限度地避免近親繁殖，這就得要保證一個種群中的個體數量不能太少。

還有一些研究發現，近親繁殖會導致種群中80%以上的優秀基因逐漸退化，要知道，這對維持種群的基因多樣性是很不利的，而一個種群內的基因數量在減少的話，那么，這個種群是有可能走向絕滅的。看來，除了種群中個體的數量不能太少以外，還必須要保證種群中具有較高的基因多樣性——每個物種包括若干個種群，各個種群由于突變、自然選擇或其他原因，往往在遺傳上有所不同。就好像人類有不同的膚色一樣，這便是由基因的差異所引起的。

不得不說，對于減少各種遺傳疾病的風險，以及維持足夠的基因多樣性，150人實在太少了。那么將人數增加到500人呢？科學家認為，在隨機挑選的情況下，任意的500人也并不一定就能代表所有人類的基因多樣性。如果真的要建立另外一個長久的人類星球殖民地，那么，就得把人類盡可能多的基因“種子”撒向這個星球，這樣人類才能健康地繁衍，永久地延續下去。當然，這就得使飛船上的初始人口要足夠多才行。

為什么這么說呢？因為除了近親繁殖外，還有一些我們不得不面對的風險問題，如疾病暴發、機械故障、外星生物入侵，以及太空環境對人體健康的影響，等等，這些風險都將會大大減少殖民星球的人口數量。所以，飛船上的初始人口只有越多才越好，這樣即使災難發生，也能抵消一部分對人類的基因多樣性和人口數量的影響。

人數在1～4萬之間

那么，星際飛船上究竟得帶多少人才能滿足要求呢？

佛羅里達大學和波特蘭州立大學共同合作開發了一個計算機模型。具體情況是這樣的：計算機通過特定算法計算出了星際旅行途中可能發生的不同災難，并設置一個初始人口數量，同時設定旅行時間為300年（30代人）。然后，計算機對每個初始人口數字進行10次計算，取10次模擬結果的平均值作為最后依據。

結果顯示，如果按照4萬人的初始人口，最后基因多樣性的比率能夠達到100%。不過，即使只有1萬人，基因多樣性的比率仍在一個可行性的范圍內。而且，這兩個數字在各種災難測試中的結果都還不錯，能夠保證殖民人口有足夠的基因多樣性。但是，如果數字低于1萬，那基因多樣性的比率就會大大降低。

看來，人類要成功殖民另一個星球，星際飛船上至少要有1萬人，而人數在1～4萬之間是比較合適的。不過，這幾萬人并不是全部都在同一艘飛船上。例如，當1萬人被安置在一艘船上時，任何風險對于每個人都是潛在的威脅；而一旦發生毀滅性的災難，那這1萬人就有可能全部覆滅。但是，這些人要平均分散在五艘飛船上，即使其中一艘船遭災，那么損失也是有限的。

當然，在將來人類的科技水平更加先進了，星際飛船的速度也會更快，那時候人類去其他星球的時間將會大大縮短。而且，從理論上來說，人類利用現有或未來數十年的科技在有生之年進行星際旅行是完全有可能的。

20世紀70年代，英國行星協會發起了一個“代達羅斯計劃”，其目的就是探討進行星際旅行。科學家設計了一種星際旅行太空船，它重達5萬噸，由核聚變能源驅動，預計能以12%光速高速飛行。要知道，以這個速度人類只需花50年左右的時間就可以抵達比鄰星了。還有，2012年美國航天局也在開展一項名為“百年星艦”的宇宙探索計劃，希望在百年內能夠讓人類沖出太陽系，抵達其他遙遠的星球。

可見，人類踏足其他星球的愿望并不久遠了，到那時，我們也就不需要再考慮得帶多少人了！不過，殖民外星球畢竟是一項浩大的工程，一艘飛船上最多能帶多少人，途中人類的自給自足，以及抵達星球后人類生活保障等問題，這些都是我們不得不考慮的。

外星殖民即將成真？

地球人有這樣一個夢想——沖出地球，遨游太空，移民某個適合人類居住的星球。

人類為什么總會有這樣的夢想呢？

首先，人類的大腦對未知世界有強烈的探究意識，這種意識讓人類對未知世界充滿著好奇，于是揭開太空謎底，成為人類頭腦中孜孜以求的目標。也就是說，人腦中強烈的探究意識是人類移民其他星球的思維基礎。

其次，人類是特別好競爭的物種。競爭是自然界的生存法則，也是人類社會得以進步的強大推動力。在競爭的推動下，各個國家特別是技術先進的國家，展開了太空探索項目競爭。保持太空探索項目的優勢，已經成為國家展示實力的一種方式。

最后，地球生存環境的不斷惡化，引發了人類逃離地球的心理需求。眾所周知，隨著工業化程度的不斷加深，以及人口數量的不斷增加，地球環境正遭受越來越嚴重的破壞，并且有許多破壞不可逆轉，有的區域因為化學污染或核污染，已經變成“永遠”不適宜人類生存的環境。如果這樣的環境越來越多，整個地球都將不再適宜人類生存。出于對地球早晚會毀滅的恐懼，所以人類就有了強烈的要移居其他星球的心理需求。

為了實現人類移居其他星球的夢想，美國在2010年制定了一項名為“百年星艦”的外星移民計劃。2012年9月13日，這項計劃得到資金援助得以啟動，于是人類移民外星球的“夢想”終于站在了“成真”的起點上。

可是，要讓“百年星艦”完成地球的移民計劃，需要克服下面三個障礙：

第一個障礙：能不能開發出可以長距離長時間運行的載人宇宙飛船？新開發的宇宙飛船需要能在太空持續飛行一百年，甚至數百年。飛船在太空中以百年計的時間飛行，其內部構造當然會相當繁雜，在繁雜的系統中關鍵是要有可靠的能源保障系統和生命維持系統。只有有了這兩套關鍵而可靠的系統，飛船才能“持續飛”，飛船里的人才能“照常活”。為了實現這些目標，飛船必須建造得像一個可以自給自足的小鎮，質量至少在百噸以上。

第二個障礙：誰愿意搭乘宇宙飛船去探險？“百年星艦”是“單向飛船”，也就是說乘坐這艘飛船的人員一旦離開了地球，就不可能返回。他們的探險經歷只有兩個結果：一是成功著陸外星球，實現在外星球安居樂業的夢想；二是繼續在太空中飛行，距離地球越來越遠，最終與地球失去聯系。這種“有去無回”的搭乘方式有點兒恐怖，誰愿意參加如此恐怖的太空之旅呢？所以挑選勇敢的搭乘人員是推進這一計劃的心理瓶頸。還好，“百年星艦”計劃一經啟動，就有位美國黑人女宇航員報名做“百年星艦”的指揮長，她勇敢地決定要試飛這次“有去無回”的太空之旅。當然“百年星艦”上只有一位艦長是不行的，除了艦長，還需要好多的男男女女，甚至需要一些小男孩和小女孩，這些人愿意乘坐“百年星艦”嗎？目前大多數人還很難做出“出行”的決定。

第三個障礙：目的地在哪里？“百年星艦”需要挑選一個適宜人類生存的外星球作為移民目的地，但是到目前為止，人類還沒有發現適宜人類居住的外星球。退一步講，就算是已經發現了一個星球適宜人類生存，那么這個星球的“土著”允許地球人的“移民侵占”嗎？如果他們不允許，引發了“星際戰爭”怎么辦？鑒于當前還沒有發現真正適宜人類生存的外星球，所以“百年星艦”計劃的目標選定了火星。火星上的環境雖然惡劣，目前并不適合人類生存，但科學家們卻認為人類移民火星之后可以改造火星，把火星改造得適宜人類生存，從而讓火星成為人類移居外星球的“第一站”——科學家們把人類移居火星的日期定于2030年。當然，人類移民火星并不需要飛行一百年，僅僅需要9個月的時間。

根據最新的火星探索成果，人們發現火星上雖然遍布沙丘礫石，但有證據表明火星上有水存在，并且火星上還存在大量的深坑巖洞，人們認為這些深坑巖洞可以成為首批地球移民的生存“掩體”，這就有可能讓人類有機會成為火星的“殖民者”……

外星殖民，我們要先當星際農民

鮮花、掌聲、閃光燈，如同數月前迎接“神九”航天員歸來一般，2012年12月1日，我國首次受控生態生保集成試驗參試乘員唐永康、米濤順利出艙，受到人們的熱情迎接，因為他們圓滿完成了在密閉試驗艙內為期30天的科學試驗。這次試驗的成功，標志著我國在“太空農場”研究領域取得了重大進展。在未來，將有越來越多的航天員在太空艙中享受“田園風光”，在辛勤耕種之后可以享用到新鮮的蔬菜和肉食。

未來航天員變身“太空農民”

太空旅行不像在地面上旅行，很多看起來平常的小事到了太空就成了大事情。太空是一個高真空的環境，中途也沒有飯館和廁所，所有的事情都要在封閉的太空艙中完成，需要萬無一失的生命保障系統來支撐。

開展長時間、遠距離、多乘員的載人深空探測和外星移民開發，是未來航天技術發展的必然方向，而建立受控生態生保系統是解決其生命保障問題的根本途徑。所謂受控生態生保系統，英文名稱為Controlled Ecological Life Support System，縮寫為CELSS。該系統是一項生物科學與工程科學相結合的綜合性生物工程，是利用不同生物種的特點，結合一些物理和化學方法，用工程技術手段在空間建立一個適合人類長期工作和生活的場所。該系統主要通過高等植物和微藻為航天員生產食物、氧氣和水，并吸收航天員產生的二氧化碳等廢氣；通過飼養動物為乘員提供動物蛋白；通過微生物的分解作用，將系統內的廢物轉化為可再利用的物質，從而實現系統內物質的完全閉合循環。

上面的定義看上去稍稍有些復雜，我們可以把它簡化一下：所謂受控生態生保系統就是一個封閉的“太空農場”，在這個“農場”中，航天員的大小便和部分生活垃圾經過微生物的分解發酵之后，可以作為植物的肥料，植物可以直接作為航天員的素食，也可以作為“農場”中動物的飼料，這些動物則可以成為航天員的肉食。更為重要的是，植物還可以為航天員和動物提供所需的氧氣，而航天員和動物呼出的二氧化碳則可被植物吸收，通過光合作用合成有機物質。植物吸收航天員的尿液后，還可以通過蒸騰作用把尿液部分轉化為水蒸氣，冷凝后就可以成為干凈的飲用水。

從受控生態生保系統的物質循環過程可以看出，在理想狀態下，未來的太空旅行不需要攜帶太多的飲食，只需要攜帶一些植物種子和不同性別的動物幼體，另加少量的應急飲水和食物，就可以在太空中長期漫游了。未來的太空飛船很可能就像是傳說中的諾亞方舟，其中承載了不少生物。這些生物不但是航天員的伙伴，也是航天員的食物。未來的航天員將擁有多重身份，他們不僅是航天員、科學家和探險家，還是在太空艙中種地的“太空農民”。當然，受控生態生保系統的相關技術不僅適用于太空艙，也適用于外星基地。

參試乘員的幸福生活

1994年，我國在載人航天工程啟動后不久就開始了太空農場的相關研究工作。經過近20年的發展，從最初的概念研究起步，逐步建成了受控生態生命保障技術實驗室。2011年，包括植物艙和乘員艙等12個分系統的受控生態生保系統集成實驗平臺建成。

在經過多次成功的植物密閉試驗后，我國首次讓參試乘員進入密閉的受控生態生保系統，進行為期30天的密閉試驗。這次試驗的重點是研究密閉系統中人與植物間的氧氣、二氧化碳、水等物質的動態平衡調控機制，并掌握就地供應乘員新鮮食物的方法。在這次試驗中，空氣、水和食物的閉合度（即自給自足比例）分別達到100%、85%和15%，系統產生的冷凝水得到100%的回收利用，廢水和尿液平均達到60%的回收利用。

2012年11月1日，唐永康和米濤進入試驗艙，開始了參試乘員的幸福生活。在30天的時間里，兩人每天除了開展各種科學實驗，還要照看設備、管理蔬菜以及鍛煉身體。密閉試驗艙是個“兩居室”，兩個房間的空氣是互相流通的。其中的大屋子有36平方米，用來種植生菜、油麥菜、紫背天葵和苦菊四種植物，它們靠參試乘員的尿液和試驗之初帶入的部分自來水澆灌。這些蔬菜可為參試乘員提供呼吸用氧，并吸收他們呼出的二氧化碳，利用紅色LED燈光進行高效光合作用。試驗艙的小房間有18平方米，是兩人的生活空間，他們在這里可以吃飯、睡覺、健身，還能上網。雖然生活在密閉的試驗艙中，他們一點也不感到孤獨和寂寞，更多的是興奮和自豪。

參與試驗的兩名參試乘員每天吃飯還是以航天食品為主，不過和太空中的航天員不同，他們每餐還可親手采摘并食用新鮮蔬菜30～50克。由于密閉系統中沒有爐灶，他們無法吃到煮熟或炒熟的蔬菜，只能吃涼拌的生蔬菜。參與試驗的唐永康說：“感覺很奇妙，我很喜歡吃這里的蔬菜。”天天吃生蔬菜，聽起來似乎有些難受。然而，對于那些成年累月在太空中旅行的航天員來說，新鮮蔬菜則是他們夢想中的食物。現在的航天食品大多是高度濃縮的、流質狀的，航天員需要像擠牙膏似的把這些流質食物擠進嘴里。

中國航天員中心副總設計師高峰指出，接下來還有很多工作要做。比如，以后還要在這個建在地面上的“太空農場”中飼養動物，包括牲畜和魚類。中國航天員中心正積極籌劃，擬建具有世界先進水平、規模更大的太空密閉生態循環系統研究基地。我國已經建成了“天宮一號”空間站，還將建設更多的“天宮”系列空間站，未來的試驗將從地面轉移到這些空間站中。這些試驗將為我國載人飛船探索月球和火星打下堅實的基礎。

在外星上建造“伊甸園”

近幾十年來，國外一些發達國家一直沒有間斷過對“太空農場”可行性的研究。早在20世紀60年代，美國和蘇聯就開始了“太空農場”的研究，在空間植物培養等方面開展了大量研究，并在空間站上成功地進行了植物栽培。“和平”號空間站上有一個太空溫室，面積約為900平方厘米，播種了數十粒不同品種小麥的“太空種子”。在太空失重條件下，播種的小麥在70～90天后成熟。在這個封閉的太空溫室內，松土、澆灌等所有農活均是在航天員控制下由機器人自動操作完成的。

1972年，蘇聯科學家首次嘗試建造了受控生態生命保障系統，完成了“生態圈3號”的建造，這個約1 033平方米的生態圈位于西伯利亞，可供3人生存。大型水池中的藻類可以為他們提供氧氣，若生態圈內的一切都運行良好，這個系統可以為居住者提供85%所需的空氣和循環水。在“生態圈3號”里進行的最長的一次實驗，曾長達180天。

1989年，美國宇航局在建造的“生態之家”中開始生命保障系統實驗。這是一個形似太空艙的建筑，里面也有兩個房間，一個房間種植植物，一個房間有人進行科學研究。研究人員在人造的環境中研究廢水的處理和室內空氣質量的狀況，結果不出所料，種植植物能夠極大地提高空氣質量并改善居住者的身體狀況。1991年，美國亞利桑那州圖森市建造了“生物圈2號”，這是當時最大的受控生態生命保障系統。其中種植了精心挑選的3500種植物，放養了豬、羊、雞等300種動物。遺憾的是，這個實驗以失敗告終。這也說明，生命要長期融入太空，絕非簡單的事情。

如果受控生態生保系統技術發展成熟，那么人類就有希望未來在月球或是火星上，人工構造一個“小地球”。科學家認為，將來“太空農場”也很可能是建成球冠狀，利用其外面可以轉動的反射鏡調節室內溫度，從而使植物處于類似地球上的生長環境。英國在英格蘭南部建造的“伊甸園”，就是這樣的一片球冠狀建筑。這是一片半密閉式生態生保系統，栽種了來自全球總數超過4 000種的植物，人們可以通過特殊的艙門進入參觀。

未來移民外星，你有心理準備嗎？科學家預測，如果吃喝拉撒的問題能得到很好的解決，第一批外星移民可能在50年內出現。美國民營航天公司SpaceX執行總裁埃隆·馬斯科就表示，未來他們將在火星表面建造8萬人的移居基地。目前，他們也在進行密閉生態系統的試驗。可以預計，外星移民潮可能在我們大多數人的有生之年中涌現。到了那時，去火星看日出將成為新的旅游熱潮。

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太空新鮮肉食很可能是蠶

在太空艙中可生產哪些新鮮的蔬菜和肉食？除了考慮動植物的適應性外，還得考慮航天員的營養需求。美國、俄羅斯等國都對太空食譜進行了大量研究，嘗試種植小麥、大豆、土豆、胡蘿卜、番茄、卷心菜、青椒等，它們能在光照下生產供食用的淀粉、植物蛋白、維生素、礦物質等。

說到肉食，我們馬上會想到豬牛羊和雞鴨魚。然而，中國科學家卻推薦了一款我們可能難以下咽的肉食——煎蠶。在外星基地中飼養大型動物還有可能，要在太空艙的狹小空間中飼養這些動物就很不現實了，科學家為此推薦了小個頭的蠶。他們認為蠶的蛋白質含量高、生長周期短、生物轉化效率高、活動所需空間小，飼養蠶的過程中氣味小、不產生廢水。因此，蠶有希望作為太空旅行所需動物蛋白質的最佳候選動物。

延伸閱讀

霍金預言：移民外星才能拯救人類

據《基督教科學箴言報》報道，11月15日在牛津大學學生會辯論社團的一次聚會上，霍金再次預言：由于可以想見的種種挑戰，人類未來將不得不離開地球，在太空中尋找并移民到至少一顆星球上，繼續生存發展。

2017年1月接受英國《廣播時報》周刊專訪時，74歲的霍金就曾預言，人類所居住的這個星球“幾乎肯定”會在下一個千年或萬年中發生毀滅性災難。他認為在可預見的未來，基因改造病毒、核戰和全球變暖會威脅整個人類的生存，最終人類或許只能靠向太陽系其他星球移民的方式存活。

霍金在講話中說：“盡管地球在未來一些年里遭遇災難的概率可能很小，不過（概率）會不斷加大，而且會變得接近確定，在未來1000年或1萬年里（會發生災難）。不過，到那時候，人類已出走并進入太陽系或者其他恒星系，所以地球遭遇的災難并不意味人類的終結。”

霍金近年來多次對人類未來發表預言，總體觀點是地球災難難以避免，人類出走才是希望。一些輿論和他的一些同行認為霍金言過其實。但他堅持自己的觀點，聲稱核能、人工智能和基因改造病毒等科技發展一方面為人類帶來便利，但也很可能見證人類面臨的更大危險。

2017年9月，這位長年陷于輪椅、必須借助高科技電腦“說話”的科學家在英國《衛報》網站發表文章，再次強調人類如果不走向太空就沒有未來。他認為太空是人類的希望，需要一代代探索者去太陽系甚至更遠的地方探險，要激勵年輕人更多參與太空事業和廣義的科學事業，為人類生存尋找答案。