[科普中国]-宇宙殖民地

宇宙殖民地定义

现在的模式一般是在1969年美国普林斯顿大学教授Gerard K.O'Neil所提出方案定型，计划因种种原因未具体实现，但在许多科幻作品如机动战士高达、超时空要塞、星界的纹章、拉瑞·尼文的已知空间（如环形世界）系列中已被引用。

概要构想中早期的宇宙殖民地被设置于地球与月球轨道之间，万有引力互相平衡的区域，即法国天文学家拉格朗日所计算的拉格朗日点。在殖民地内部重现地球的自然环境，并借由自转的离心力来模拟重力的作用。

自然环境构想中的宇宙殖民地中可以模拟地球中的大气，先进的类型有平原、高山、河川、河流、海洋等，造成自然的水循环，而且会种植植物，以吸收二氧化碳及提供氧气，还会饲养各种的动物，造成食物链，为人类提供食物和水等必需品。所有的东西都能自我循环，使人们能在模拟地球环境下生活。

能源来源宇宙殖民地主要的能源来自太阳能，由于太空环境中不受地球大气影响，可直接吸收太阳能，因此利用太阳能已能提供足够的能源。

如果在远离太阳的轨道上，可以改用核能或反物质。

构想起源和目的宇宙殖民地的构想起源自十九世纪科学界，在人类实现了宗教和神话中种种不可思议的事物后，开始对圣经中的诺亚方舟或神学寓言中天空之城，冀望在字面上实践，也有希望作为逃避未来发生的世界性大灾难和战争的场所，提出了人以活着的肉体逃离尘世的念头。

但实际上只有极少数人有兴趣实践，因为世俗主义的盛行和对大自然的热爱，而厌恶把人类为了灵性挤身于较小的人造场所过著纪律的生活，而希望在地球上解决问题，或至少在其他行星上开拓。

到冷战时期，当时曾经被视为解决地球人口爆炸以及自然资源枯竭等问题的解法之一，但随着冷战结束，各国对航天开发的投资减少，以及先进国家出生率降低等变化，直到目前为止仍未具体实现。

各种设计方案虽然太空居民点并未实现，但有很多方案其实已经很成熟，理论上当代可以建造，主要是财力和配套的前哨性设施并未完成，但另一些完全是科幻的产物。

当代科技的设计在宇宙殖民地 (高达世界)中的多是这类，最大的是“岛三型”即桶型的居民点，是名符其实的“宇宙大都会”，主要在U.C.出现。

其他还有较小的可称为“太空乡镇”环型的“岛二型”，如2001太空漫游的太空基地，也成了旧版微软Windows的默认桌布的太空背景。更小有的球形“岛一型”，可算是现代太空站的延长。

科幻故事的设计宇宙都市船或宇宙方舟:本身兼具星舰机能，适合于长途航行的宇宙殖民地，首创于法国作家贝尔纳（Bernal）的小说《人`魔鬼和世界》中太空船。近作有日本卡通Macross 7中的同名飞船，同国小说和星界的纹章的亚维皇都阿布利雷号，英国作家亚瑟·查理斯·克拉克的与拉玛相会系列中的外星人飞船都市拉玛。 人造行星:极大的宇宙殖民地，可以完全模拟地球环境，以这个为主题的有田中芳树的《灼热龙骑兵》的各个新行星。 宇宙要塞:有很坚固防卫的军事性宇宙殖民地，一般以星际大战的死星为代表。 戴森球和环形世界:这是比以上的其他方案更神奇的设计，是美国科学家戴森，构想出一群包围太阳的居民点，把吸收到的阳光都可以利用，人们以其命名为“戴森球”，后来同国的科幻小说环形世界中，外星人把其连合成一个环状结构包围其恒星，有比恒星体积还大人工的小宇宙规模了的居住空间。还有个别科学家提出极先进的外星人，可以把星系核心的巨型黑洞包围来建造“超级戴森球”，吸取其惊人的放射线为能源，可算是究极的太空居民点。

计划优缺点作为太空移民的方案，常和另一方案即把行星地球化比较，在短期内也有和开发海洋和极地等比较。

优点作为太空移民的方案，一般认为太空殖民地有很多优点。

比把行星地球化容易，也没有其伦理和政治问题。

可以有较多轨道和位置选择，也可以随建造者的需要而设计外观和内部，如果采用核能或反物质做能源甚至可以不需要阳光，可以作为星舰（恒星际太空船）或建立在太阳系外围轨道。

不受制于天然星体的大小和重力，即使很小也可以做成和地球相似的重力和气压。 相对于一般像地球的行星，本身对外的天然重力较低，可以很易离开也没有大气阻隔而很易进入。

因为是空心的意味可以用少数的小行星材料，就足够建造超过现代地球表面积的居住区。

不需要像开发海洋和极地会破坏地球生态。

缺点宇宙殖民地计划中也有不少的缺点:

效益不大，只胜于直接把其他行星地球化，但未必胜过开发地球海洋或极地，现实中解决居住地不足，只需要填海建立人工岛就够短期需要了。 科技水平要求高，现时没有大推力运载火箭去运输这设施的组件，而且即使每日运输一件组件也最小要多年的时间和粍费成亿上兆美元。所以需要先行在月球和小行星上建立前哨基地，又要在地球轨道上建立制造组件的太空工厂和转运港，甚至需要天梯和登天塔之类可以不藉火箭直接到太空的建筑物，这些建设本身也像太空城市一般是长期有人。意味要受严格训练和资历宇航员，充当普通劳工为了富裕的未来太空移民，做危险和艰苦的工作，况且现太空站仍然未能适合长期工作。 而且就算一个宇宙殖民地可容纳2000万人口，对于世界人口每年以一亿的速度成长的现状，就要每年增加5个殖民地。其建设所需的矿物等资源只可能从月球以及近地小行星开采，建设与移民所需的经费等问题以目前的技术水平来观察，也不足以支持宇宙殖民地成为有效率的人口问题解决方案，最多只能作为未来富裕人士兴建的理想化新居，或作为太空探索科研和太空产业的基地。 主要倾向于推广太空城市的概念，多是出于就习惯于较小空间的社会的科幻作家，如日本和英法等，且居民出入都需要经过气闸引起交通管制上的不便。对于喜欢宽敞空间感的人，更易接受把行星地球化的方案，而兴建有匹敌行星宽敞空间的人造行星（极大的太空居民点），所需要的技术和财力资源等，相信比把行星地球化

还高。 小型的简单居民点的空气循环和防漏气的能力都成疑问，可能需要经常分解小天体的矿石或冰来补充。

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NASA令人着迷的太空殖民梦想斯坦福圆环：相对而言，斯坦福圆环是科学家们提出的所有太空殖民概念中最可行的。这个长达一英里的圆环中可生活1万人。这个圆环的内环中将在顶部安装镜子，以此将阳光反射到外层的居民区。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。但是由于美国国会削减预算，斯坦福圆环最终无法变成现实。

伯纳尔球体：伯纳尔球体是美国宇航局在1975年提出的第二个殖民地计划。它的设计理念类似于斯坦福圆环，但是它是圆柱形而非环形。它也采用了一系列可调节的镜子为大约1万位居民提供阳光。1977年乐观派人士就预测，到20世纪90年代它或许就能完成，到时候预计每两年就能制造一个新的伯纳尔球体。毋庸置疑的是，项目资金的短缺导致这一太空梦想最终流产。

奥尼尔圆柱体：普林斯顿物理学家Gerard K. O’Neill也是美国宇航局太空殖民项目背景下的梦想家，他提出了一种奥尼尔圆柱设计。这种20英里宽的圆柱形构造将在地球轨道中容纳一百万人。20世纪70年代美国宇航局科学家们将它称为3号岛，意思就是说它将成为21世纪的第三代太空殖民地。在美国宇航局的预想中，人们将世世代代居住在殖民地中，而且甚至能够选择他们所喜爱的气候。

火星殖民地：除了设计可行的太空殖民地之外，20世纪70年代的美国宇航局还致力于探索星际旅行。在1969年完成登月任务之后，他们就把目标定为了火星。虽然在20年代美国国会把所有的计划都缩减了5亿美元资金用于国防开支，但是美国宇航局仍然成功的将无人探测器送入太空，并且飞经金星、木星和水星。现在美国宇航局已经重新开始了载人火星飞行计划，并计划在本世纪30年代登陆火星。

探索火星美国宇航局日前再次放出公布“重磅消息”预报：将于美国东部时间9月28日上午11点30分宣布有关火星探索的重要科学发现，解开火星部分之谜。40多年来，火星一直是美国太空探测的重点目标之一。在不断向火星发射探测器的同时，美国也在研究人类“远征”火星的可能性。此次美国宇航局公布重要发现，是否意味着人类“殖民”火星的时代已经到来？
从上世纪60年代开始探索火星，到此次获得“重大发现”，美国宇航局(NASA)一共向火星发射了21颗探测器，其中15颗几乎取得了完全的或超出计划的成功。
那些年，NASA发射的探测器
NASA火星探索的首次成功是在1964年，当年“水手4号”航天器飞越火星，传回了21张模糊的火星特写图片。1971年，美国“水手9号”成为有史以来第一枚成功进入环绕火星轨道的探测器。此外，还有“海盗1号”，“火星探路者”号释放的第一辆火星车“索杰纳”，寿命已超过十余年“火星奥德赛”飞船等等。
现阶段，2011年11月升空“好奇号”火星车，正和超期服役12年的“机遇”号火星车一起在火星表面进行探索，并不断向地球传回数据。
私人公司豪言：让人类“殖民”火星
在发射探测器“实地”探索火星的同时，人们也逐渐将目光转向人类火星旅行。目前，众多私人公司纷纷计划自己的火星之旅。
已经开始招募火星永久居民的荷兰“火星一号”公司想要在2023年实现殖民火星的目标，并计划在2018年向火星发送一个着陆器。不过，“火星一号”公司计划的实际可行性引发了人们质疑。有科学家表示，这个计划“很不靠谱”，很可能是一场商业炒作。
相对于荷兰公司放出的豪言，美国亿万富翁、人类首位太空游客丹尼斯·蒂托发起的“灵感火星”计划听起来则更靠谱。该计划耗资10亿美元，预计在2021年将一对夫妇送上太空，绕火星飞行一圈。
科学家太空地球两头忙：为登陆做准备
相对于私人公司的火星计划，科学家们给出的登陆火星时间更为保守。美国宇航局的计划是，在本世纪30年代让人类登陆火星。为了实现这一目标，科学家们正在太空和地球“双管齐下”，为人类远征火星做准备。
在太空里，国际空间站的两名宇航员正在进行一项“一年任务”实1验，在国际空间站停留342天，探索人类长途太空旅行的可能性。与此同时，国际空间站里的其他宇航员则在太空种起了蔬菜，研究人类在前往火星的旅途中如何在食物上自给自足。
与此同时，科学家也开始在地球上模拟在火星上过日子。今年8月，6名科学家进入了位于美国夏威夷冒纳罗亚火山山麓上一个“居住舱”，他们将在那里“闭关”生活一年，体验与世隔绝的火星生活。

发展390年前，一伙清教徒朝圣者开着“五月花”轮船，乘风破浪，闯入“新大陆”，开启了美洲殖民史。390年后的现在，有一伙地球人，准备驾驶太空“五月花”浪迹星际，移民星球，冲出太阳系，遥遥百年历程，一去不复返。
据英国《每日邮报》9月9日报道，美国航空航天局（NASA）和美国国防部高级研究计划局（DARPA）正在开展一项名为“百年星舰”（Hundred Year Starship）的宇宙探索和移民计划，此计划于9月7日获得美国前总统比尔·克林顿的支持，并得到国防部高级研究计划局的资助，9月13日的休斯敦研讨会，标志着这一现代星际“五月花”计划的开启。
初级目标：移民火星
据美国《科学日报》库尔扎韦尔·阿尔报道，谷歌创始人拉里·佩奇数周前曾问询过NASA埃莫斯研究中心主任西蒙·沃登，他问单程前往火星的移民计划，究竟要花多少钱？西蒙回答说大概需要百亿美元。拉里则问他能否控制到30亿美元以下。
谷歌创始人的询价与报价，代表了民间资本对这一项目的兴趣。这一“百年星舰”计划最终将成为商业旅行和民间探险计划，官方的公共财政资金，几乎没有多少投入。
从目前公布的官方资金投入来看，NASA只“捐出”了十万美元，而国防部高级研究计划局大气一些，但也只动用了百万美元的“公款”。一个庞大的宏伟计划，最终只花了纳税人区区一点小钱，不可思议。
西蒙说这一计划现在目标明确，就是移民到其他星球，开辟殖民地。“20年前（谈到这一话题时）你还得低声耳语，生怕酒吧里有人向你开火。”西蒙感慨道。
美国一份免费学术杂志《宇宙学报》曾称，载人太空探索计划的预算，大部分花在了“如何把人安全运回”上，如果直接把人送上星球，然后跟他们挥手道别，稍后再由飞船提供补给，或移民星球的人类开发星球矿物资源，与地球进行“星际贸易”，这样的计划，将不会花到多少钱。
谁会是第一批“移民”
“星舰计划”不是“阿波罗计划”，到太空晃几个小时就折回去了。“星舰计划”中的“一去不复返”，意味着宇航员要永久地告别地球上深爱的亲人和熟悉的生活环境，意味着要在一个陌生星球冒险终老和繁衍后代。
火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体。火星大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。火星南方是古老、充满陨石坑的高地，北方则是较年轻的平原。
同其他行星相比，火星最像地球。火星的友善条件，成为人类对外星殖民的首选地。
据英国媒体报道，“百年星舰”计划合作单位、美国伊卡洛斯星际组织负责人亚当·克鲁尔说，他们的第一个目标是火星，或是火星的两个卫星。计划的两大挑战是新的推进系统与定居火星的生命维持系统。“我们将致力于打造持续百年太空飞行的星际飞船，以及可行性星际技术，最终使人类受益。”按照计划，飞船将搭载适合人类长期生活在宇宙的生命维持系统，到达目标星球后，在那里建立一个人类星际殖民地。
“百年星舰”的首任机长，有望是女宇航员梅·杰米森，她于1992年成为第一个黑人女宇航员，现年55岁。杰米森表示：“我愿意为人类星际探索活动献身。”
但杰米森不会是星球上第一批“移民”，她的任务是驾驶“星舰”，送太空移民到目标星球，在太空穿越百年，努力冲出太阳系，并终老于“星舰”。理论上，那些被送上太阳系星球上的移民定居者，仍有机会被其他宇宙飞船“接回家”。 亚当·克鲁尔说：“星舰机组人员开始星际旅行时，必须明白他们要耗费一生时间才能抵达另一个外星世界。所以星际旅行更像是一项巨大的社会实践，星舰必须像一个可以完全自给自足的小城市。”为了这个目标，星舰设计自重至少在百吨以上。
埃莫斯研究中心主任西蒙·沃登说，美国预计2030年将把4名志愿者送上火星。沃登表示，招募志愿者的前期工作，早在2010年时就已经展开。
美俄竞赛，俄处下风
美俄太空竞赛，在苏联时期就已经展开，从1960年起，苏联率先放出咄咄逼人的火星探测计划，连续数年发射多个探测器，然而射出去的火星探测器，几乎均告失败，而美国在落后数年之后，迅速赶超，数次成功地把火星探测器送进火星预计轨道。2009年，中国也加入进来，但中国的“萤火一号探测器”，却因2011年11月9日俄罗斯运载火箭发射失败而坠毁，功败垂成。
2010年6月3日，俄罗斯开始在莫斯科进行世界首个模拟火星之旅实验，6名来自俄罗斯、中国、法国等国的志愿者在狭小的模拟密封舱内生活了520个日夜，这个时间，差不多是现有航天技术下地球与火星之间折返的时间。
然而，这个实验的成功，毕竟只是在地球表面上的模拟实验，至今除了俄罗斯一个探测器曾从火星表面短暂传回一些数据之外，所有俄罗斯的火星探测均未达到最终目的。目前俄罗斯最成熟的技术，仅是把宇航员送上地球外太空轨道上的国际太空站。
2012年8月6日，美国宇航局首辆核动力火星车在红色的火星表面成功着陆，将展开为期两年的火星探测任务。
《洛杉矶时报》9月9日报道称，科学家普遍担心“好奇号”火星车钻探到水，假如真的接触到液态水，火星水将可能被地球微生物“污染”，在火星上发现的“生命”，可能就是地球的“污染杂交物”，或这些污染物最终“灭绝”了火星上的“原住生命”，这将是极不道德的。美国的一名行星保护官员抱怨说：“他们不应先斩后奏，钻探到水后才告诉我们。我们应负责任地遵守我们自己的规定。”
美国不仅成功地展开了火星探测，而且已经率先制定和践行“火星伦理规则”，为后来者确定了行事标准，牢牢把控住了火星探测与定居移民的主导权和话语权。
美国曾想重启“阿波罗计划”，重返月球，但耗资巨大，于是采取实用主义，全力攻关最适宜人类居住的火星。可以说，美国此番展开民用和商业“星舰计划”，已经把其他竞争者远远甩在了后面。
冲出太阳系之远景
半人马阿尔法星（Alpha Centauri），是组成黄道12星座中的半人马座的主星之一，只有天狼星和大角星比它更明亮。半人马阿尔法星距太阳4.3光年，是太阳最近的邻居。假如人类有朝一日冲出太阳系，半人马阿尔法星球无疑是人类最先访问的地方。如果人类能以光速飞行，那么，至少要花4年时间才能到达。而按“星舰”设计的四分之一光速极限速度，人类理论上至少要花20年才能到达半人马阿尔法，一来一往，最少要花50年，一个20岁的青年从地球出发，归来至少是个年届70的古稀老人。
美国国防部高级研究计划局一名官员在一份声明书中说，“百年星舰”不只是一艘载人宇宙飞船，其突破性的技术与革新，将使星舰不同凡响。而星舰的不同之处还在于，它是单程的。
9月13日的研讨会吸引了全美所有重量级太空科学家参与，这一计划令美国重拾“伟大国家”和“上帝选民”的荣誉感，这是毫无疑问的。“百年星舰”将像成功着陆于火星的“好奇号”探测器一样配备核动力。当“百年星舰”抵达半人马星座之时，“百年星舰”上的人员，已经开始繁衍后代了。如果这些先行者能在其他星系中开拓人类殖民地，人类将与太阳系之外的天体生命握手，这样的远景，令人激动。