太空殖民地形制考据：伯纳尔球体、欧尼尔圆筒和斯坦福圆环
王丢兜 @ 2015.08.11 , 04:00 下午在七十年代由于担忧人口过多，NASA开始严肃考虑建造太空殖民地。在那以后的年头里，他们成功地把所有人都弄到曼哈顿我住的街区里，从而解决了地球的人口问题，并导致房东不断给我涨该死的租金。不过在最终找到这一解决方案以前，他们的确产生了各种各样的太空殖民地设计渲染图。
他们面对的第一个问题是：太空殖民地应该采取什么形状？总体形制应该是怎么样的？我说的不是建造在小行星或者月球一侧的殖民地，因为这种答案我们已经知道了：盖一座城市，上面罩个穹顶就好，很-无-趣。
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不，我说的是不固定在表面上、可以四处挪动的殖民地。所以第一个要解决的问题就是重力。因为如果太空殖民者们永远只是漂浮着，他们运动鞋减少的磨损会让厂家破产的，而我们又是需要一些经济形式的。
伯纳尔球体
所以为了要产生重力，一种叫做伯纳尔球体的设计被提出。其实这是一种旧想法了，最早在1929年由科幻作家约翰·伯纳尔所提出。你可能知道伯纳尔的名字，因为他不但还在世，最近还因为饰演《行尸走肉》中的人气角色Shane而名声大振。
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巨大的伯纳尔球——各种设计直径从2英里到10英里不等——将是中空充满空气的，加上30,000名想必在地球上没有未偿还债务的居民。球体的“两极”会连接巨大的马达，使之象烤一块叉烧一样旋转。
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这会在球体的内部“赤道”上产生模拟重力的离心力，人们就能在那里建造房屋，进行野餐和磨损运动鞋。
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赤道地区的两侧会有巨大的窗户，放置在球体外部的镜子反射阳光进来。在下面的照片里我们穿过一排窗口能看到对侧的环形。
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球体的极地区域应该无人居住，那里会让人非常头晕。在渲染图里我们看到极地区被森林覆盖，但我们也可以把那里用作丢弃废旧空调之类的地方。
那么，为什么是球形，以致浪费这么多空间？提出这个形状是因为它最适合容纳加压空气，这种折衷方案看上去蠢蠢的；我们就不能买质量好点的O形密封圈，然后想造什么形状就造什么形状？
其他人同意我的观点，也许不是O形密封圈方面，但这种形状果断不是最优的。下面我们看看一些更好的方案。
欧尼尔圆筒
对于自由旋转的太空殖民地来说，上面的伯纳尔球体解决了重力的问题，但它并没有解决看上去弱爆了的问题。作为变得更牛逼的努力，美国物理学家杰瑞德·K·欧尼尔在1976年提出了具有两个巨大圆筒的替代设计。
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作为美国人，我假定外圈上那些小舱室是监狱牢房；不过我读到它们实际上应该是农场。
这些欧尼尔圆筒每个将直径2英里，长20英里。它们两个并排但不直接接触，在两端由连杆相连。每个圆筒旋转在内部通过离心力产生重力，两个圆筒旋转方向相反，其想法是这会使整体结构保持平衡，如果只是一个圆筒旋转的话会导致偏离位置。
这是弄成两个圆筒的官方理由，但我们中的智者可以看出真正的好处。有了两个圆筒就能给住在两根管子里的数千居民互相鄙视的完美理由。1筒的人的可以把2筒的人看作是一伙没受过教育的非主流，给2筒起外号叫做□□之类的。2筒的人则可以把1筒的人当成一伙伪知识分子大蠢驴(但是因为他们是一伙没受过教育的非主流，他们没法给1筒想个机智的外号)。
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这个设计其他高明之处是它涉及巨大的圆筒。NASA里主要是男人，而且那是在七十年代，我们男人都喜欢拨款建造巨大的柱状物。我们真的很喜欢造潜艇、飞艇和12寸赛百味。没人说得清这是为什么。
但欧尼尔设计的古怪之处是阳光如何照入内部。每个圆筒沿着长度分为六条；按照交替排列，其中三条是可居住的陆地，另外三条是让阳光进入的窗口。我说它古怪是因为如果这些圆筒在不停旋转，那太阳一圈圈抽过时，不就会产生一种潜在的刺激性频闪照明效果？如果每个圆筒都是20英里长的夜总会，我得说这么干真有效率，但大多数渲染图看上去都鸟语花香的。
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欧尼尔圆筒的另一种替代设计取消了纵向的条带，把所有内表面都覆盖陆地，每个圆筒一端是一个巨大窗口。在这种设计里你把它对准太阳，使得太阳看上去静止地停留在窗口中。但是如果你住在圆筒背阳的一头就糟糕了；你会总觉得站在一条隧道里有一列火车朝你冲过来。
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顺便说，这些圆筒如此之大，人们相信其内部会形成云和自身的天气系统。
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所以，除非某人能向我解释如何摆脱夜总会灯光效果，虽然我被这些又长又直的形状莫名吸引，我不得不摈弃这种设计。
下面让我们看一下以上两种概念的某种混合形式。
斯坦福圆环
伯纳尔球体是圆的，欧尼尔圆筒是长条的，而同期提出的这第三种概念，是两者的某种混合，它把一个圆筒掰弯形成圆圈。
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它被称为斯坦福圆环，得名于研究出它的大学。圆环形状——我猜“圆环”应该是希腊文或者拉丁文里甜甜圈或面包圈的意思——通过绕枢纽旋转提供重力，在建议的1.8公里直径尺度上，它理论上能支持约1万人生活其中。阳光通过枢纽上的镜子反射进生活区，提供“当头”日照的效果。
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我发现置身于一个巨大面包圈里的视觉效果要比伯纳尔球体或欧尼尔圆筒更有趣；它有点像在一个山谷里，山谷两头渐渐坡起消失在视野外。与欧尼尔圆筒相比一个额外的好处是，后者感觉空间是有限的；在里面到处跑动，你最终会碰到尽头，而面包圈则提供无穷的卷绕，能让追车场面更加娱乐。
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这是飞越斯坦福圆环应该能看到的场景：
设计大神席德·米德在为2013年科幻电影《极乐空间》里的太空居住地创作的概念设计里给出了一个斯坦福圆环的渲染图。
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然而，太空极客们很快指出这货在技术上不是一个斯坦福圆环，因为根据电影中的描绘，该居住地并没有“屋顶”；圆环缺少内侧，就这样敞开着允许飞船飞进飞出。
这则使其成为一个比绍普环：
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一个比绍普环本质上是一个巨巨巨大的斯坦福圆环，理论上，如果它由纳米碳管而不是钢铁建造，就能建造得大得多：约2,000公里(差不多从纽约开车去迈阿密的距离)直径，500公里宽度，提供的可供生活面积差不多有印度那么大。两侧边墙高耸约200公里，使得这个设计实际上避免 了“屋顶”的需要，可以直接敞开；科学理论家们说产生的重力就足够保持大气，而且开放空间设计可以让钛战机之类飞进飞出。
科幻作家伊恩·M·班克斯采用了比绍普环的概念。在他的Culture小说系列里，班克斯设想了叫做Orbital(轨道)的事物：巨巨巨大的比绍普环，直径3百万公里，宽达6,000公里，包含的陆地面积比大洲还大。
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在班克斯的虚构世界里，这些Orbital倾斜朝向附近的恒星，因此它们的自转不但提供重力，还提供正确的日/夜周期。其理论上的表面积多达120个地球面积。
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虽然在我们有生之年像Orbital这样的东西果断是造不起来了，但班克斯的虚构创作的确启发了一件我们很多人可能都拥有的现实生活物品：一个叫做Halo的小游戏。该游戏及其续篇从2001年至今销售了34亿美元。想来很奇怪：一位科幻作家的想象力无意中助推了Xbox主机的成功。
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