太空城市六大方案曝光：旋转太空站模拟重力(2)

斯坦福花床太空居民点

奥尼尔圆桶（太空岛3号）

　　太空居住区的难题

　　为了维持正常、健康并且适合人类居住的生活环境，太空栖息地还要解决许多难题。

　　内在生命支持系统

　　大多数太空栖息地都被一层薄气压墙包围起来，这样做是为了维持正常的氧气、二氧化碳和氮气水平。氧气可以从月岩中获取，氮气虽然要从地球上运输过去，成本高昂，但是几乎可以100%循环利用。此外，在一些彗星和外空行星上也可能找到氨水，用氨水分享氮气就方便多了。

　　还有一些情况则难以预测，氮气也可能在外太阳系某种生命体内找到。这些空气能够通过许多种方便加以循环利用，最明显的方法莫过于建造光合作用花园了，可能会使用水耕法或以森林公园的形式进行管理。但是，这些方法不能排除一些工业污染物的困扰，比如挥法性的油类和一些燃料气体。标准的方法应该在核潜艇上使用接触反应炉，这样可以有效地去除大多数杂质，为了提供更进一步的保护，还可以使用低温蒸馏系统，以便逐渐移除各种杂质，比如水银和一些接触反应无法燃料掉的惰性气体。

　　另外，还必须准备食物生产所必须的有机原材料。首先，毫无疑问这些有机原料都得从月球、小行星或地球进口，然后进行循环利用，以逐步减少进口量。一种循环利用方法是在电弧下燃烧低温蒸馏物、植物、废物和污物，然后再进行蒸馏分离。蒸馏得到的二氧化碳和水可以直接用于农业生产，各种硝酸盐可以溶解到水中并分解成纯的矿物质。大多数的硝酸盐、钾盐和钠盐作为肥料可以有效地加以循环利用。其它矿物质，如铁、镍和硅可以分批进行化学净化处理，并能通过工业的方法进行再生。至于一些需要量低于总量0.01%的矿物原料，在零力下用质谱分析法进行生产，就可以满足太空工业和农业的需求量。目前，这种方法只有美国宇航局的实验室采用，在人类正式移居太空之前，这一方法还需进行进一步改进。

　　人造重力

　　长期的太空飞行已经证明会削弱骨骼和肌肉，打乱钙代谢和正常的免疫系统，大多数人会出现连续不断鼻塞或流鼻涕，一些人会患上不能治愈的运动病。鉴于此，多数太空殖民地都设计成可以旋转的，以模拟出地心引力。美国宇航局用鸡和植物进行研究发现，地心引力是一种重要的生理学需求。在这种环境下，将人体快速进行旋转，会引起一种“倾斜”，内耳中的感应器可以感受到不同的旋转比率。离心分离机的研究表明，当旋转半径小于100米，转速高于3转／分的情况下，人们会患运动疾病。但是，相同的研究和统计学推论显示出，在旋转半径大于500米，转速低于1转／分的情况下，几乎所有的人都能够舒适的生活。虽然有经验的人也不能抵抗运动病，但至少可以根据他们的经验调整离心分离机旋转的方向和角度。

　　保护太空间栖息地免遭辐射

　　太空辐射有两大明显问题。其中一个问题就是宇宙射线，其使得太空站每年受到80毫西弗特的辐射，超过50毫西弗特的最大安全辐射下限，远超过3毫西弗特的最大人体安全下限。另一个问题就是太阳耀斑，其偶尔发散数量惊人的软X射线以及高能粒子。其能产生超过4西弗特的辐射量，这对一半人来说都是致命的。研究中最有趣的结果就是太空居所外层钢板轻易就超过2米的厚度，因此其构造和空气有效屏蔽了许多辐射。小型太空居所也能防护许多静止的(不回转的)岩石对其造成损害。有了防辐射遮光栅格阳光也只能通过镜子间接射入太空居所，其起到了潜望镜的作用。

　　热处理

　　太空栖息地是在一个真空中，因此就像一个巨大的热水瓶，所以，既需要处理好来自太阳的热量，也要处理栖息地内部所产生的热量。

　　外来物

　　太空栖息地需要有足够的保护层，防止太空碎石、陨石以及尘埃等意外袭击。

　　太空运输与控制

　　轨道定位：最理想的栖息地轨道仍在讨论当中，可能已成为一个商业问题。通俗地说，就是如何以最低的成本将修建太空基地所需要的材料运往太空。绝大多数“殖民地”设计打算利用电磁缆绳推进器或者质量驱动器充当

　　姿态控制：绝大多数磁镜几何学需要栖息地上的一些东西瞄准太阳。奥尼尔最初的设计是利用两个在“殖民地”上滚动的圆柱体充当动力轮，利用进动改变它们的角度实现向日点的“聚散离合”。后来的设计则是让它们的轨道平面旋转，它们的“窗口”将瞄向正确的对日角度，同时利用轻重量的磁镜——可利用小型电动发动机对其进行操控——紧随太阳移动步伐。

　　六大设计方案出炉

　　美国宇航局研究中提出的设计方案有以下几个：

　　1.伯纳尔球体——“太空岛1号”：一个球形栖息地，可容纳大约2万人。

　　2.斯坦福花床：一个相对较小的“太空岛1号”的替代品。

　　3.奥尼尔圆桶——“太空岛3号”：规模最大的设计。

　　4.“刘易斯1号”。

　　5.“大刀”：一艘宇宙飞船或者栖息地——使用一条缆绳与一个平衡物或者另一个栖息地相连。

　　6.珠状栖息地：这种冒险性设计同样在美国宇航局的考虑范围之内。它们拥有一个粗造的等效质量分数结构，因此要付出与之相对应的成本。小型栖息地将被大量制造并达到允许栖息地相互连接的标准。一个单独的栖息地也能像“大刀”一样运转。但随着“捆绑”其它栖息地，这把“大刀”会一步步成长壮大——先是成为一个“哑铃”，而后是一个“蝴蝶结”，一个圆环，一个由珠状物组成的圆柱体，最终成为一个带外框的圆柱体编队。每一个成长阶段都将共享更多的防辐射装置和中央设备，同时提高超静定性和安全性，降低每一个太空移民的成本。

　　这种设计最初是由一名职业建筑师提出来的，它的成长过程与地球上的城市非常类似。与其它需要庞大启动资金的设计有所不同的是，珠状栖息地的资金投入是一步步增加的。其主要劣势在于：即便是更小的版本也需要一个庞大的结构支持与其一同运转的防辐射装置。而在个头增大的情况下，防辐射装置则变得经济适用起来，原因在于：它会随着“殖民地”活动范围成方形“壮大”。太空移民的人数、他们的栖息地以及散热器也会随着“殖民地”活动范围成立方形“壮大”。(杨孝文)