如何設計一座太空城?

2021-02-18 青年建築

整整半個世紀前的今天,1969年7月20日,執行阿波羅11號計劃的美國太空人阿姆斯特朗和奧爾德林登上月球。而同一年,伍德斯託克音樂節的舞臺前聚集了幾十萬名追求和平與愛的青年。在神奇的1969年,人類文明向著更為廣袤與深邃的境地突飛猛進。

時至今日,我們「親眼所見」的地外空間已經遠不止月球。藉助NASA的火星探測器,我們早已能清楚地看到另一個星球的景象。

甚至,NASA已經開始鼓勵人們運用3D列印技術,設計出能在火星建造的建築。

贏得NASA舉辦的「太空居所3D列印挑戰賽」的方案,

由AI SpaceFactory完成

人類飛離地球、殖民太空的願望由來已久。在阿波羅11號成功登月之後,科幻小說中常見的太空城計劃被正式擺在了檯面上。在沒有大氣層,沒有重力,沒有土壤的太空中,在結構力學失效的環境裡,人們要如何創造一座城市?

普林斯頓大學的物理學家傑拉德·奧尼爾首先構建出他的太空烏託邦。就在阿波羅11號登月不久之後,奧尼爾和他的學生們開始評估各種極端環境下人們獲取能源,使用材料,處理廢棄物等重大事項的可行性,然後得出了一個結論——只能在位於高空的軌道上建立太空城。這個軌道要居於大星體之間、重力平衡的拉格朗日點區域。為此,奧尼爾和他的學生們認真研究了工程方式,計算了材料應力,光照強度,大氣成分,以及通過旋轉的離心力產生太空城中的重力。

1975年,奧尼爾開始在史丹福大學完善他的太空城計劃,並將其可視化。NASA也正式開始資助這個項目,納入其「夏季研究」計劃,使其帶上了國家太空戰略的色彩。奧尼爾將工程師、太空科學家、物理學家以及藝術家、城市規劃師和建築師聚集在一起,進行「系統設計演練」,並讓藝術家將太空城的內外景觀以繪畫的形式向世人展現。三個太空城方案的「效果圖」裡都充斥著非自然尺度和透視的建築和場景。和後來的國際空間站內的膠囊式小房間截然不同的是,奧尼爾所構想的是居於巨型太空人造物之內的自然和城市空間。

三個方案中,斯坦福圓環是科學家們提出的所有太空殖民概念中最可行的。這個長達1英裡的圓環中可生活1萬人,更大的圓環最多可以為14萬人的太空生活提供空間、硬體和補給。

阿仕頓·格雷比爾的「慢旋轉房間」實驗,

用以測試人們對低速旋轉的空間的適應性

圓環的內環頂部安裝鏡子,以此將陽光反射到外層的居民區,為人們提供猶如地球白晝般的光照。通過不斷的旋轉,它也能夠為居住在其中的人們提供人造重力。

伯納爾球體方案最早由英國科學家伯納爾提出,奧尼爾的團隊將其完善,用以替代斯坦福圓環。這個太空城市的概念跟圓環類似,只是它的內部空間更像是一個完整的球體,而非環形。各種伯納爾球體的設計直徑從2英裡到10英裡不等,內部充滿空氣,兩段靠馬達驅動旋轉而產生重力,可以容納75000人。

「赤道」地區的兩側設計了巨大的窗戶,放置在球體外部的鏡子就能把陽光反射進來。這個區域的重力感受也最接近地球上的體驗。人們可以在此設計和建造房屋,甚至模擬地球上的景觀和地貌。而球體的「兩極」區域卻由於重力的緣故,令人暈眩,無法長期停留。

這個方案提出不久之後,人們同樣對其相當樂觀。支持者認定最晚在90年代這座太空城市就能變成現實,之後每兩年NASA就能建造出一個伯納爾球體。

最後一個太空城設計方案則是以奧尼爾本人姓氏命名的「奧尼爾圓筒」。這個設計由兩個反向旋轉的巨型圓筒組成,抵消陀螺效應,使太空城可以朝向太陽獲得陽光。圓筒的直徑為5英裡,長度為20英裡。兩個圓筒同樣以旋轉產生人造重力,供近100萬人同時在其中生活。

陽光是從奧尼爾圓筒側面的三個交替出現的透明條狀外殼上照射進來。圓筒以每分鐘一圈速度轉動,該如何保證筒內的陽光不會因此出現不斷閃爍的效果?因此,在另一種圓筒的設計方案中,陽光從奧尼爾圓筒的一端照進筒內,像隧道盡頭的光亮。

奧尼爾圓筒的體積遠遠超過上面所說的圓環和球體,設計者甚至認為這個巨大的空間足以形成真實的雲和自身的天氣變化。

斯坦福圓環是最接近實現的太空城市計劃。可是由於極為高昂的預算和幾個尚未解決的技術難題,這個計劃在誕生了45年之後依然只能是一個空想,只有好萊塢至今仍然對其念念不忘。

2013年的好萊塢電影《極樂空間》中的太空城,

設計顯然來自斯坦福圓環

似乎更有可能早日變成現實的方案則是奧尼爾圓筒。就在今年5月,亞馬遜以及航天科技公司Blue Origin的創始人貝索斯公開表示支持奧尼爾圓筒這個太空城市計劃。

跟另一位心懷宇宙的大佬——馬斯克不同的是,貝索斯對建立火星城市興趣不大。他心中的太空城市就在奧尼爾的圓筒之中。

貝索斯和他的Blue Origin已經公布了太空城的構想,

設計方案來自近半個世紀前的奧尼爾圓筒

和貝索斯一樣對此感興趣的人就是大導演諾蘭。在《星際穿越》中,馬修·麥康納飾演的角色在甦醒後發現自己來到和奧尼爾圓筒完全一致的太空城內,遠處的陽光那麼熟悉而又陌生。

圓環、球體、圓筒,你認為哪個才是人類未來的家園?我們無從而知。無論是哪一個,看起來似乎都比帶著地球去流浪更容易成為現實。

1976年,奧尼爾把上述太空城構想集結成書——《高處領域:人類的太空殖民計劃》(The High Frontier: Human Colonies in Space)。如果你對此充滿興致,不妨買來一讀。需要反覆提醒你自己的是:這絕非科幻作品,而是人們在半世紀前就開始進行的太空殖民探索。

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