我的太空城構思

閆德睿

早在1926年，人類宇航之父齊奧爾科夫斯基就已經有了在外太空建造太空城的設想：在茫茫宇宙中，建立人類定居點，通過自旋產生人造重力，借助人工控制的方法使太空城內部溫度、濕度、光照、氣壓、空氣成分等條件適合人類生存。1975年，美國斯坦福大學教授奧尼爾提出了三種太空城設計方案：

伯納爾球：

這種太空城是一個直徑3.6千米的圓球，每一分鐘旋轉一圈。在“赤道”兩側有巨大的窗戶，在球體外部放置鏡子，把“陽光”射入球體內。一個伯納爾球預計可以住1萬人。

斯坦福圓環：

這種太空城是一個直徑3.6千米的輪胎狀圓環，每一分鐘旋轉一圈。在它的頂部用一塊鏡子把“陽光”反射到“輪胎”內部。一個斯坦福圓環預計可以住1萬人。

奧尼爾圓筒：

這種太空城是一個直徑約14.4千米、長度30多千米的圓筒，每兩分鐘旋轉一圈。把圓筒側面均勻地分成6份，3份為“窗區”、3份為“陸區”，穿插設置。窗區外有巨大的鏡子，將“陽光”反射進圓筒內。一個奧尼爾圓筒預計可以住100萬人。

這三種設計，都是通過調節鏡子角度來改變季節，通過調節窗戶上的遮陽板來完成白天和黑夜的交替。這些設計各有優點，但有3個共同的缺點是致命的：

1. 外殼的防撞問題

眾所周知，太空中有大大小小的隕石，運動速度都很快。如果大型隕石撞上太空城，因為隕石動能很大，會導致太空城嚴重損壞，這對人類來說是致命的。實際上這種事發生的概率并不高，人類可以提前預估隕石的路徑，可以擊毀隕石或者移動太空城躲避，真正致命的是那些大小只有幾厘米甚至幾毫米的微型隕石。由于其速度極快，即使太空城外殼再怎么結實，也會被撞出一個小缺口。太空城內的空氣和固體（土壤、沙子等）便會因巨大的壓強差被吸走，最終結果就是太空城表面千瘡百孔。人類花了巨大代價建設的太空城，當然希望能使用幾千、幾萬甚至上百萬年。

2. 輻射以及衍生的問題

地球上因為有大氣層的保護，輻射水平在人類以及各種生物能承受的范圍內。在太空中沒有大氣層這個保護罩，有科學家設想在太空城的“地”上先鋪上兩米以上厚的沙土，這樣就可以將太空城內的輻射水平降到地球上的水平。但這種設計的缺陷也是顯而易見的，首先就是上面說的，遭遇隕石撞擊后沙土流失的問題；其次，很多動植物是喜歡向下生存的，比如老鼠、蚯蚓等。以老鼠為例，它一旦把洞挖到沙土底部，肯定還會繼續啃食太空城外殼，這是嚙齒類動物的特性，就算外殼沒被啃穿，變薄的部分的輻射也會比太空城內“地表”的輻射高多了，日積月累，老鼠很可能會發生重大變異，說不定會變成對人類有巨大威脅的可怕物種。

3. 太空城對外的交通問題

綜觀以前的太空城設計，設計者都較少考慮其和外部（地球、其他太空城、其他星球）之間的交通問題。以奧尼爾圓筒為例，100萬人口，每年能外出的人次很可能不超過10萬人。相當一部分人可能一輩子也沒有機會去其他太空城或星球，一個人在一個有限空間里生活一輩子，是很難忍受和想象的事。由于運輸能力的限制，太空城內的幾乎所有資源都要自我循環，幾乎不與外界發生資源交換。這樣一座“閉關鎖國”的“孤島”，對人類文明的延續和發展是極為不利的。

有一個名詞叫塔斯馬尼亞島效應，簡單來說，它是指人口太少的地方，在和外界無交流的情況下，文明會一點點退化。這個詞來源于澳大利亞的塔斯馬尼亞島。在大約2萬年前，一群原始人登陸那里，隨著地質變遷，這群人和外界徹底隔絕了。世界其他地方的文明都在或快或慢地向前發展，而塔斯馬尼亞島的文明不僅停滯不前，甚至還退化了。那里的人們每過一段時間就會丟失一項技能，例如捕魚、造木筏、做衣服，甚至連生火都要忘記了。等歐洲人到達那里時，一度以為這座島上的人是介于人和猿之間的物種！

塔斯馬尼亞島效應說明，一個文明要想延續和發展，人口基數要盡可能地大，交流要盡可能地頻繁。由此可見，就算太空城的人口達到十億人，也很難保住現有的文明程度。太空城的封閉和塔斯馬尼亞島又有多少區別呢？一座孤獨的太空城，也許在幾萬年甚至幾千年后，其中的人類就已經退化到農業文明狀態了。

怎樣解決以上三個問題是極其重要的。為此，我設計了一種蜂巢式的太空城市群。它由一堆剖面為等邊六角形的巢穴構成，每個巢穴能剛好放進一個奧尼爾圓筒。使用磁懸浮技術，能使奧尼爾圓筒不和巢壁直接接觸（避免磨損）便能使圓筒進行自轉，磁懸浮技術還可以改變圓筒自轉的速度，以此產生不同的人造重力。在蜂巢各個單元之間的空隙，正好可以放置一些零重力工廠。

可以選幾個巢穴作為對外交通的港口。在巢穴壁上開出大大小小的孔，每個孔都和管道相連。這些管道四通八達，可以連接到其他太空城和零重力工廠，從飛船下來的人和物資通過管道迅速到達指定的太空城或零重力工廠。蜂巢城市群生產的東西以及太空城的居民，也可以通過管道來到這里，搭乘飛船去到地球或其他星球和蜂巢。

管道可以僅供穿戴航天服的人在里面飄行前進，也可以在內安裝磁懸浮列車作為連接各處的“地鐵”或“高鐵”。為了提高通行效率，可以規定部分管道為單行道，只能向固定的方向通行。

零重力工廠因為不需要自轉，管道接通很方便。那這些不停旋轉的太空城怎么和管道連接呢？可以在太空城圓筒的兩端，做出一個同心的、半徑500米（這是一個絕大多數人不會眩暈的尺寸）、寬幾十米的凹進去的圓環型設計。管道的出口在圓環內，離環內壁有幾厘米甚至幾毫米，用磁懸浮技術可以讓管道和圓環內壁并不直接接觸，而此處只有太空城人造重力的7%。從太空零重力環境過來的人，可以先適應一下，然后從圓環內壁的各種“門”進入太空城內部。當然，物資也是通過這些“門”進出。

關于蜂蛹，也就是圓筒形太空城大小的選擇問題：

小的可以參照伯納爾球，設計成半徑1.8千米，長度8千米左右，一分鐘旋轉一圈。這樣建造的好處是體積小，施工容易，有損壞的話維修更換也方便；壞處是規模小，容納的人口少，很多活動需要出城，比如上大學、就醫等。此外，生態平衡也不容易控制，如果各項指標例如溫度、濕度、含氧量等波動過大，人們的舒適度也會受影響。

反之，大的太空城容納的人口足夠多，絕大部分活動都可以在城內解決，但是建設周期太長，情況復雜，有損壞時維修更換也會非常麻煩。

所以綜合考慮，選擇奧尼爾圓筒大小的太空城較合適：半徑7.2千米，長度30多千米，每2分鐘旋轉一周，平均容納約200萬人。大部分社會性事務例如教育、醫療、工作等可以在城內解決，大部分產品來自城內或者附近的零重力工廠。這樣人們既能自力更生，也能和外界有足夠的交流，生態環境波動也比較小，生活舒適度較高。

我設計的蜂巢式太空城市群有很多好處：

1.不同太空城可以有不同的重力、不同的氣候、不同的景色。有的太空城是人口密集的大都市，有的則是一派田園風光；有的是海洋沙漠或是高山盆地，既保留植物多樣性，又能成為野生動物樂園。太空城可以是春光旖旎、夏日炎炎，也可以是秋高氣爽、白雪皚皚。居民們可以在太空城內工作，也可以去零重力工廠工作。業余時間，他們還可以通過四通八達的管道回家，或者去其他太空城休閑娛樂。

2.城市群的規模可以無限擴展，使人類文明不斷發展。

3.輻射問題得到解決。每個太空城除了有自己的外殼，還有巢穴的外殼進行保護。越靠近中央的太空城，擁有的保護殼越多，受到的太空輻射也越少。

4.微隕石的問題也無需擔心。雖然越靠近中央的太空城，安全系數越高，但即使是最外層的太空城，也因為有巢穴的外殼防護，讓人們多了一份安心。

5.即使某座太空城因突然遭遇隕石、核泄漏、生物病毒、化學品污染等而損毀，人們也可以穿好太空服快速進入管道，轉去其他太空城。損毀的太空城可以維修、拆解或重建。這樣可以避免奧尼爾的三種太空城一旦出現危險，人們無處可逃的局面。

6.我設計的太空城放棄了奧尼爾圓筒的窗鏡結構，內部全改為陸地。這樣，使用面積增加了一倍，可居住人口也增加了一倍，還可避免太陽輻射波動的問題——在奧尼爾的設計中，尤其是伯納爾球和斯坦福圓環這種小型太空城，大氣厚度非常薄，太陽輻射的突然增加對居民的傷害不容忽視。

7.每座太空城內都有核電站，用來供居民生產生活。城內采用LED燈進行照明，光線強時就是白天，光線弱時就是夜晚。這種穩定性和安全性顯然是太陽光照無法比擬的。北京航空航天大學劉紅院士團隊設計建造的月宮一號是空間基地生命保障人工閉合生態系統地基綜合實驗裝置，它就屏蔽了太陽光，全部采用LED照明，構建出穩定的由植物、動物、微生物組成的人工閉合生態循環系統。

人們一般認為太空城應該建在拉格朗日點，認為這樣維持運轉所需要的能量消耗少。但我認為這個觀點似乎過于理想化了。因為拉格朗日點畢竟只是一個“點”，這個位置實際上是很難把控的，會有所偏移，隨時需要消耗能量去修正，所需要的能量消耗未必真的少。

考慮到在開始建設太空城之前，人類肯定要先在月球上建立規模足夠大的定居點（居住人口起碼得在千萬級別以上，才有進一步建設太空城的需求），所以，太空城最初應該選址在繞月軌道上。

建設太空城需要大量的原材料，如果全部由地球運過去，那成本太高，所以可以先在月球上就地取材，月球上沒有的，再由地球運過去。這樣可以節省太空城的建設成本，也能加快建設的速度。

這時的太空城是一個純“陸地”結構的奧尼爾圓筒，外帶若干個零重力工廠。 同時，待火星開發得差不多且移民足夠多時，可以在小行星帶開始建設蜂巢，然后陸續把新建好的蜂蛹塞進去。當然也可以直接在巢穴內建設蜂蛹，這樣不用擔心航天員和物資飄移的問題。

把太空城建在小行星帶，主要基于以下兩方面的考慮：一是小行星帶在火星外，在此建設太空城，它可以作為人類進軍深空的中轉站，位置非常合適；二是此處小行星眾多，資源豐富。建設太空城所需的金屬、巖石（粉碎后是沙土）甚至水，都能在這里找到，就近取材，方便建設。進一步來說，人類需要的冶金等工業也可以就近展開，甚至可以把很多資源運回地球和火星。

隨著太陽的老化，地球和火星的溫度會越來越高，越來越不適合人類生存，人類就需要繼續向外遷徙。蜂巢式太空城市群可以一步步外遷，在太陽快要氦閃前，它應該就已經移到冥王星之外了。然后，它帶上能帶走的一切，離開太陽系，向已經找好的下一個家園從容飛去。

太陽系是人類的搖籃，但我們不可能一直待在這個搖籃里，總有一天我們要去征服星辰大海！帶上地球去流浪的橋段，雖然鼓舞人心，但從科學角度來說并沒有可行性。世代飛船是更佳的選項。也許在未來的某一天，全體人類會放棄即將毀滅的太陽系，乘坐龐大的“蜂巢”，帶上所有的希望向宇宙深處進發。

專家點評

杜駿豪

閆同學設計的太空城值得肯定的點是將孤立的太空城優化為更復雜的模塊化的太空城，為未來太空城在功能分區、擴建拓展等領域提供了新的解決方案。我看后倒是想，諸如截角八面體模塊單元+四棱柱通道或是截角立方體模塊單元+八棱柱通道的設計，很可能比六邊形長管那樣的模塊更方便進行堆積與拓展。真期待在有生之年親眼見到人類建立起一座魔幻的太空之城！

太空熊貓君

閆同學這篇太空城構想文章理論扎實、設計合理，蜂巢式模型同時滿足了多種需求，規避了太空生活的主要問題，令人耳目一新。太空城的建設位置問題值得說一下。拉格朗日點作為日地系統中可以保持相對靜止的特殊位置，其中的L4和L5兩個點是非常穩定的，普通的擾動很難影響到位于此兩點的小質量物體，所以太空城在那里，能耗真的很低。而把太空城放在小行星帶則值得再考慮，因為小行星體積小并且互相之間存在引力，所以小行星的運行軌道很復雜且不容易監測，太空城在那里被小行星撞擊的風險很高。

秦嘉政

關于太空城建設需要解決的幾大難點，我想做一些補充說明：

1.人工重力。根據長期對軌道航天器上的航天員的身體檢查，發現人在低重力下生活過久會導致肌肉萎縮和骨質疏松，從而影響人的健康。目前可行的方式是通過旋轉產生人工重力場，從而克服失重的影響。但是更多的研究表明，如果旋轉結構的半徑太小或者轉速過快，人在這種結構中快速移動，內耳將會產生錯誤的傾斜感，例如離心機實驗研究表明，人在旋轉半徑小于100米、轉速高于3圈/分鐘的結構中會感到暈眩。所以太空城轉速需要保持在1圈/分鐘以下。

2.宇宙輻射。科學家們曾提出過若干種降低太空城內輻射水平的辦法，其中比較合理的辦法是采用一定厚度（1～2米）的人工巖石或水泥來屏蔽輻射，但是這大概會給每平方米增加4噸的重量；其次是使用水層進行屏蔽，7厘米的水深可以抵消一半的入射輻射，這個技術已經計劃應用于國際空間站；更加激進的方式是使用主動偏轉技術，利用高能電磁場使宇宙射線及帶電粒子發生偏轉（類似于電影里出現的能量護盾），這種技術目前還僅處于理論階段，但此種技術假如成功應用，將大大減輕太空城的重量。

3.流星體和微塵埃防護。太空城沒有地球上厚厚的大氣層，所以隕石等流星體的威脅將會是致命的。為了提供防護，部分太空會有一層填充沙子等物體的保護殼，更加普遍的做法是，由上文提及的宇宙射線屏蔽層的巖石或者水泥外殼對微小塵埃進行防護，并使用太陽能衛星網絡對太空城周圍的空間進行三維測繪，及時對接近太空城的大型流星體采取修正措施，如回收或者擊毀。另一種構想則是使用捕獲的千米級半徑的小行星，對其進行采礦挖空后直接建設太空城，這種方式相對更為廉價。

4.建設難點。計劃中最小的太空城，其總質量也已經超越了人類進行航天活動以來所發射的所有航天器的質量總和。顯然，從地球上運輸物料去太空城是不切實際的。所以，太空城必須位于物料相對易得，且可以建造自動化工廠的地區。

5.人和物資運輸。太空城一般在轉軸處設置有物資交換港口，與地球上不同，太空城的主要交通方式將依賴于零重力交通，人和物資將可以較輕松地通過電梯、軌道系統提升至中軸，在中軸附近，物體的重力將變得很小，這時就可以高效完成對人和物資的運輸工作。

航天面面觀

閆同學思路清晰，所描述的蜂巢式太空城市群設計方案非常有創意和前瞻性，值得稱贊。除了閆同學提出的3點，建造太空城還會面臨很多其他問題，比如：

1.環境控制與生命保障。無論是建造空間站還是太空城，核心都是以人為本。這就必須要求建造一個舒適的環境，大氣壓、大氣成分、大氣溫濕度等都要適宜。米、面、油、肉、蛋、奶……我們在地球上可以輕松獲取的食物，在太空中生活的人們肯定也希望樣樣具備。以空間站的環境控制與生命保障系統為例，現在的技術只能維持幾個航天員在太空的生活和工作，太空城里的人口達到上萬甚至幾十萬、幾百萬，如何提供適宜人類生存的舒適環境？如何給生活在太空城的居民提供豐富、營養、安全的食物？

2.環境污染。目前在地球上面臨的各種環境污染問題，在太空城的密閉環境下也會有，比如如何防止微生物和有毒有害物質的污染？

要建造一座太空城可不是一件容易的事。基于人類的現實情況，還應該思考這些問題：

1.誰來建？無論是在地球上建城市還是在太空建設空間站，都需要巨大的人力、物力、財力，建設一座龐大的太空城，誰來出資？誰來運營？經濟基礎決定上層建筑，確保太空城的經濟可行性和可持續發展非常重要。

2.怎么建？建造太空城需要大量的材料，或許我們可以在月球或其他天體上獲得一些建造的物資，但十分有限，大部分構建材料仍需從地球運輸過去。有句話叫作“運載火箭的能力有多大，航天的舞臺就有多大”，目前且在不遠的將來，火箭的運載能力都不夠強，運輸成本高，建造太空城的成本將是個天文數字。要開發其他太空運輸方式，如太空電梯等，也要考慮它們能降低多少運輸成本、提高多少運載能力，是否很具有性價比。

星空浩瀚無比，探索永無止境。夢想還是要有的，萬一實現了呢？太空城的構想激發了人們對未來太空探索的想象力。科學家和工程師們正在不斷努力研究太空探索中的各種挑戰，并尋找解決方案。雖然目前的情況離建成太空城還有很長的距離，但隨著科技的進步和人類對太空的深入了解，太空城成為現實的可能性也逐漸增加。

在地球上看似平凡的事情，在太空中卻變得異常困難，探索太空需要人們小心翼翼地邁出每一步。建造太空城是一種美好的夢想，從夢想回歸現實，人們需要明白：人類只有一個地球！請不要忽視地球母親的慷慨無私，我們必須要好好珍惜和保護它！

曾翔龍

閆同學對未來太空城建設的深入思考和想象非常值得鼓勵和贊賞。在文中他將太空城想象為由許多奧尼爾圓筒構成的蜂巢式結構，增加了太空城的承載能力，同時也實現了更大范圍內太空居民的交流，還在一定程度上增加了單一圓筒的抗風險能力，非常值得借鑒。

奧尼爾圓筒由離心力模擬重力，適合用于建造大型太空城。在閆同學的設計基礎上，建議在圓筒的端部放置三個反射面，能夠為太空城內部提供正對太陽時的光照，除此之外，其最大的作用是進行整個太空城的散熱，尤其是對裂變甚至聚變發電機的散熱。

一般認為太空城應當處于不同行星系統的拉格朗日點。因為從拉格朗日點出發的行星際軌道只需要非常少的燃料就可以到達其他拉格朗日點甚至是其他行星，這對于太空城的建設和對外交流來說十分有利。如果太空城不處在拉格朗日點附近，從太空城出發時，大多數燃料消耗在飛船飛離的過程中用于克服引力。巨大的太空城的質量產生的引力已經不可忽略，處在小行星帶中將會將小質量的星體吸引過來，會對太空城造成破壞。因此閆同學提出的在小行星帶建立太空城的可行性較低。

此外，建立太空城還有以下問題需要深入思考。例如如何構建如此大規模的生態系統，制造氧氣、水循環，控制溫度、光照以及自給自足生產出充足而豐富的食物等都是十分復雜的工程。地球上四季和多種氣候的存在是物種多樣、欣欣向榮的保障。美國生物圈二號失敗的重要原因便是未能完全實現生物圈物質的循環，也無法提供充足的食物。另外，可能有大量不同國籍、不同語言、不同信仰、不同生活習慣的人類共同聚居于封閉的環境當中，如何調節居民心態，減少爭端，維護多元化社會的穩定也是值得思考的問題。

或許我們距離建造如此大規模的太空城還有很長的時間，但是思考這些問題，能夠使我們可以更好地認識我們的地球，更深刻地了解我們所處的社會。我們也將會更加珍視我們唯一的美麗家園。

王麟

閆同學的暢想文章令人耳目一新，充滿著令人贊嘆的想象力和設計能力。太空城設想是人類對未來的美好愿景，它帶來了許多令人興奮的可能性，然而，我們也不能忽視其中的缺陷。作為一名工程技術人員，我想著重探討這種設想所面臨的挑戰。

1.建筑復雜。蜂巢式太空城的建設將是一個極其復雜的工程，涉及大量的材料、技術和人力投入。每個巢穴都需要精確的制造和組裝，而每個圓筒都需要與巢穴精準配合，這可能會導致建設過程的成本和時間延長。蜂巢結構中涉及大量的連接和交叉點，這些連接點容易受到磨損和損壞。維護這些連接點可能需要復雜的機器人技術和太空行走，增加了維護的難度和風險。

2.生態問題。太空城的生態平衡控制是一個極具挑戰性的問題。在封閉的空間環境中，人工控制溫度、濕度、含氧量等參數不僅需要高超的技術，而且也容易受到外部因素的干擾。一旦生態系統出現波動，將直接影響到居民的生存狀態。因此，確保太空城的生態平衡需要持續的科學研究和技術創新。

3.通信問題。太空城的通信與交流也是一個關鍵問題。盡管設想中存在著四通八達的管道系統，但確保管道的安全、高效運作以及與外界的聯系，仍然需要克服諸多困難。更進一步來說，太空城之間的交流與合作將面臨距離和時間上的巨大限制，這可能導致城中部分區域的孤立和信息不對等。

4.建設維護。太空城的建設和維護成本也是一個不容忽視的問題。龐大的基礎設施和高科技設備的需求將使得太空城項目成本高昂，這對于國際合作和投資也提出了巨大的挑戰。而且，隨著時間的推移，城市的維護和更新將需要更多的資源，這需要在長期計劃中加以考慮。

只有通過持續的研究和創新，以及充分考慮太空城的可行性和穩定性，我們才能真正實現這一壯舉，讓太空城成為人類未來探索宇宙的偉大舞臺。

吳衛

在與地球環境迥然不同的太空中，人們會建造出什么樣的太空城呢？很多科幻電影給出了答案。

在奧尼爾教授提出的三種太空城方案里，我想導演們比較偏愛的應該就是斯坦福圓環了。1968年庫布里克導演的電影《2001：太空漫游》中的太空城就是圓環狀，有趣的是，庫布里克的電影比斯坦福圓環這個概念還要早出現好幾年。多年以來，導演們對其念念不忘，例如在好萊塢電影《極樂空間》中，太空城也是個斯坦福圓環。

太空城可以說是個超級大空間站，所以在很多影視作品里，也直接以空間站命名，例如電影《星際迷航：超越星辰》中的約克郡號空間站、《流浪地球》里的領航員國際空間站。

說起影視作品中最具幻想的、真正可稱之為太空城的，我想要數從最早的人類空間站漸漸發展起來的千星之城阿爾法吧。在電影《星際特工：千星之城》中，通過不斷融合、擴建，阿爾法成為一座繁華的星際大都市，那里不僅有人類，還有很多奇特的外星生物呢。