空间栖息地:一个真实且可扩展的可行性方案
另一个选择是在太空建立我们自己的栖息地。它们可以位于太阳系的任何地方，可以是材料科学允许的任何大小，可以有不同的特征，如温度、气候、重力，甚至一天的长度。当然，要建成一个完整的太空栖息地，我们还有很长的路要走。然而，德克萨斯A&M大学研究小组的一篇论文让我们离这个目标更近了一步。本文详细描述了一种可扩展空间栖息地的建造方法，该栖息地由同心圆柱体组成，最多可容纳8000人。
任何有大量人口的太空栖息地都将不得不面对在太空生活的一些主要问题。作者明确列出了他们的太空栖息地试图解决的五个问题:重力、辐射防护、可持续农业、栖息地承载力和商业价值。
重力
长期暴露在缺乏重力的环境中，会对人体造成严重损伤，导致视力受损、骨密度下降等各种问题。但是这些问题大部分都可以通过一个简单的解决方案来解决:人工重力。
目前我们还没有技术让碧凯船长(见《星际迷航》)站在企业号的舰桥上，就像站在办公楼里一样。但是，我们确实有类似于人造重力的东西:旋转产生的离心力。这是为宇航员提供重力环境的一种相当常见的解决方案。虽然这一方案尚未经过测试，但大多数专家认为，它可以缓解大多数与失重有关的健康问题。
在设计可以消除这些健康问题的人工重力系统时，有两个主要因素需要考虑。首先要考虑的是建立人工重力所需的栖息地大小。如果旋转半径过小，人的头和脚感受到的重力会有明显的差异。这就是众所周知的“晕动病”反应的原因。任何导致居民产生这种不良反应的栖息地都不能使用。
要考虑的第二个关键因素是速度。作者引用了另一份文件，该文件指出，无论什么速度，只要超过每分钟4周，也会诱发“晕车”。考虑到自转速度的上限和自转半径的下限，我们可以将太空栖息地的半径设计为56米，大约相当于比萨斜塔的高度。人类可以生活在这样的环境中，不会因为持续的零重力漂浮而产生“晕车”和对健康的负面影响。
同卵双胞胎宇航员斯科特·凯利和马克·凯利是美国国家航空航天局双胞胎研究的对象。斯科特(右)在太空呆了一年，而马克(左)留在地球上作为控制目标。斯科特长时间处于零重力状态，这使得他相对虚弱。信用:美国国家航空航天局
辐射防护
零重力环境并不是太空栖息地面临的唯一隐患。长期暴露在宇宙射线辐射下，对人体健康危害极大，患癌和细胞损伤的风险会大大增加。
作者解决这个问题的方法很简单——用5米厚的土层和水包围整个栖息地。在他们的模型中，辐射屏蔽层由水和土壤层组成，水层夹在表层土壤之间。辐射屏蔽层，也就是保护罩，位于圆柱形的栖息地外面，上面覆盖着太阳能电池板，为栖息地供电。选择水土作为屏蔽层的主要原因是这些材料容易获得——大量的水土可以从引力相对较弱的天体(如小行星和月球)获得。我们已经知道这种组合可以有效阻止宇宙射线和太阳辐射。
持续农业
除了防止任何潜在的辐射风险，防护罩还可以帮助维持生命系统，通过非常缓慢的旋转消除整个栖息地结构的温度不均匀性。作者通过计算得出，当防护罩转速为0.2转/分时，在舱体侧面安装大面积“散热器”时，舱体内部温度可达到300K(27)左右。这个温度将非常适合非人类居民的栖息地——比如植物的生存。栖息地农场将被放置在圆柱体的两端，圆锥形，顶部有透明的玻璃天花板。他们还将使用一面略微倾斜的巨型镜子，将阳光均匀地反射到作物表面。
“太空村一号”栖息地整体结构示意图。注意主体结构中间的张力整体弦和散热器。鸣谢:陈慕豪等。
栖息地承载能力
根据计算，空间站的每个乘员需要大约300平方米的农田来支持他们的日常消耗。随着栖息地扩展到224米的半径(52层楼，4米高，最里面的圆柱体半径为20米)，将有足够的作物和生活空间容纳8000人。但是，这个栖息地一开始并不能养活所有人。作者将栖息地中心直径20米的圆柱体作为“种子”模块，其他圆柱层将基于该模块展开。本次张拉施工过程将采用成熟的机械工程技术——张拉整体。
美国国家航空航天局利用张力完整性原理制造的机器人。鸣谢:美国国家航空航天局/阿德里安·阿戈吉诺& amp维塔斯·桑斯皮拉尔
Tensegrity是巴克明斯特富勒(Buckminster Fuller)创造的一个复合词，用来描述一个由钢筋和细绳交织而成的系统，在这个系统中，钢筋被压缩，细绳被拉紧，这使得设计师可以建造一些真正不可思议的建筑。
市场价值
在空间栖息地方面，张拉整体技术让设计师可以制定六步拓展计划。随着栖息地的扩大，该计划可以无限期重复，而无需关闭生命支持系统。每一次扩建都允许建筑综合体增加一个额外的圆柱体，在不破坏现有圆柱体内居民生活的情况下，可以增加很多额外的居住空间。这种可伸缩性将使任何使用该系统的结构比必须保持单一形状的栖息地更经济。这一经济因素是未来任何空间生境设计的一个极其重要的部分，因为它将是空间基础设施更广泛扩展的主要驱动力。
利用圆柱形栖息地的有趣特性获得经济价值的另一种方法是，圆柱的中心可以充当“零重力车间”，让居民完成在重力井中很难或不可能完成的任务，例如加工原料或开发新药。
空间站的3D打印模型。鸣谢:陈慕豪等。
中央圆柱还可以在另一个经济驱动力——旅游业中发挥重要作用。设计师设计了一个中央开放空间，几乎完全用于公园。这部分服务于长期居民的情绪和心理健康，但也可能成为一个主要的旅游景点。这将特别有用，因为旅游业可能成为早期太空栖息地的主要经济驱动力之一。
太空旅游还有很长的路要走。虽然发射成本正在下降，但在我们拥有开发小行星或月球的基础设施之前，不太可能建造任何大型太空栖息地。与此同时，我们可以继续研究新的想法，并可能最终将它们付诸实践。
翻译:一列行驶的火车
感谢今日宇宙授权翻译。见原文:
/147882/设计一个有人造重力的空间栖息地，它可以随着时间的推移变得更大，以适应更多的人/
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