立即下载 知乎日报 每日提供高质量新闻资讯

大误 · 火星城市

图片:编辑瞎说的

如果未来人类搬到火星,会住进怎样的房子?会建造怎样的城市?

ncc21382,信仰不应当建立在盲目无知上,不存在什么永远正确。

w66利来最给力的老牌平台 www.bhzsq0623.cn 火星城市建在什么地区?

火星一直是热门话题,然而马斯克等人目前干的是太空航运,对抵达火星后做什么、如何定居等研究不多。很多人好奇火星上的城市、建筑以及生活会是什么样的,以致于私信询问我。而地理位置对于一个国家、一座城市的发展至关重要,我所在的上海市就是得益于地理位置而成为经济中心、全国第一大港。在火星上城市选址也一样重要,今天我就初步的来分析思考一下可预见未来现实第一个人类定居点的选址问题。

我认为第一个人类定居点的首要任务是作为一个太空港,要便于天地运输系统例如 BFR 超级火箭的起降,稍有航天常识的人都知道,航天发射场的纬度越低,也就越能借星球自转的速度节省发射能量。同时对于火星而言纬度低意味着发射低倾角航天器更容易,有利于前往火星的两大卫星甚至行星际飞行。低纬度的光照也更充足,有利于太阳能发电,温度更高相对更舒适,还方便使用静止轨道通信卫星。因此第一个火星定居点首要选址条件就是纬度一定要低,越接近赤道越好?。?!

由于相当长的一段时间里,火星交通输入大于输出,降落卸载比发射更重要。所以要便于安全、经济的降落。对于航天器而言最经济的减速方式就是借助大气阻力来制动,尽量节省推进剂消耗,这样能多装人货也更安全。毫无疑问,大气减速的效果跟行程以及大气密度有关。这意味着选址海拔越低越好。

为了让航天运输系统能经济的重复使用,并且提升出勤率,最重要的是推进剂的补给。以 SpaceX 的 BFR 超级火箭为例,其使用液氧 - 甲烷引擎。众所周知甲烷分子式是 CH4,火星大气有丰富的二氧化碳,解决了氧和碳的来源,然而还需要氢。氢的最佳来源是水,水可以来自地下水(冰)甚至水合矿物。加上人类生活等更需要水,选址附近必须有充足的水源。

火星现在虽然缺乏经济价值但是科研价值无可估量,好奇心驱使着人类探索和远征?;鹦枪糯暮Q?、河流湖泊等极具科学意义。所以选址需要便于科考探险,尽可能的发挥定居点的价值。

显然要同时满足上述要求并不容易,经过初步对照思考分析,我觉得人类第一座火星定居点选址适合在火星南半球的门农区(Memnonia quadrangle),这区域横跨火星赤道有利于天地交通,很多地方的海拔低有助于使用大气阻力减速。也因为在赤道地区,更温暖、光照更好,有助于太阳能发电。同时该区而且含水合矿物,可能有地下水资源,这更重要了。此区域地貌多样丰富,有相对平坦的低海拔区域,也有还有古洪水冲击痕迹等极具科学意义地形。有趣的是此外机遇号火星车降落点也在此区附近。

本区的地标可能是横跨赤道尼科尔森(Nicholson )撞击坑,尼科尔森撞击坑为基准,距离著名的奥林匹斯火山大约 1400 千米,这更是增加了额外价值。

下图是门农区的地形图,注意靠近赤道的区域大部分纬度比较低,有相对平坦的区域。古洪水冲击痕迹也清晰可见。

下图则是在火星全球上的位置,请以尼科尔森撞击坑为基准定位参考。

最后总结和强调一下,门农区(Memnonia quadrangle)同时具备天地交通方便、有水源、光照充足、科研价值大等优点,很适合作为火星上第一个人类定居点,这第一座城市可能会叫尼科尔森市,以对应这个地标基点。尼科尔森市会是一颗种子,也是一扇门??赡芪蠢丛诨鹦抢返牡匚蝗缤拦分械恼材匪苟?+ 纽约港。


关于火星建筑的评论

我始终认为未来火星殖民地的建筑不会像科幻里那么光怪陆离、轻盈、充满科技感。相反现实的火星殖民地很可能看起来是低调、朴素、厚重的?;鹦侨司咏ㄖ皇堑叵禄ɡ嗨频靥?、地下商业街)或者半地下化(类似碉堡掩体)就是非常硬朗,有厚重的混凝土墙?;?。用来阻隔来自太阳和宇宙射线的粒子辐射,外部防护水平可能是每平米超过 5 吨的材料,确保辐射屏蔽到完全安全的水平,长期居住也不会增加癌症风险或者后代先天疾病等健康问题。

内部照明会以人工照明为主,自然采光为辅。自然采光井外罩会有静电防尘系统,同时造型会比较尖锐或者坡度大,尽可能的避免积累沙尘问题,采集的自然光通过反射镜或者光纤引入建筑内部。所以火星本身对于地球而言是不折不扣的三防堡垒水平了,可以说火星建筑是现实的避难所。

未来火星殖民地需要修建移动式机库,这样才能有效?;ず臀そ德湓诨鹦巧系姆纱?,这也是效果图里忽视的。否则想想如果飞船的热防护系统被飞砂走石或者流星打伤,那再次降落时可能导致哥伦比亚号解体悲剧的重演。如果沙尘等杂物跑进引擎内部,堵塞某些管路或者阀门的话那搞不好再次起飞时会炸。所以防沙尘、防流星体的机库非常重要?;饽诓炕贡匦胗猩祷?、搬运机械等服务设施,方便人员、货物装卸。

发电方面,太阳能的确是很好的选择,不过考虑到火星阳光强度约为地球的 1/3,所以需要聚光镜来提升功率起到事半功倍的作用,还有静电 + 公交车雨刷那样的除尘系统也很重要,避免沙尘暴带来的麻烦。

对了火星上氘的含量比例比地球高 2-3 倍(具体我忘记了),这意味着以后核聚变成熟后火星有足够的聚变燃料,当然氘 - 氘聚变大约需要 200 千电子伏的温度(可能记忆有误欢迎指正)才能点燃,这要求不但比氘 - 氚聚变难,甚至比氘 - 氦 3 还高,所以可能第一、第二代火星人享受不到。由于夜晚没有阳光,可以用裂变堆进行辅助。燃料电池也会很重要作为电力储备、调峰用,可能不会直接用氢,因为液氢密度低、容易气化和分子小容易渗透泄漏以及带来氢脆问题。氨可能更适合做燃料,因为沸点的关系,氨 - 液氧燃料在火星的环境下比较容易储存,同体积下液氨的氢含量高于液氢?;?strong class="qcfp">因为氨不含碳,燃烧没积炭,有助于提高引擎寿命、降低维护需求所以氨可能还会成为火星车的重要动力。

那为什么地球上不用液氨当燃料?著名的 X-15 火箭动力试验飞机的引擎就是烧液氨的。那为什么没普遍使用?因为因为液氨泄漏的话又臭又毒,还易燃易爆。在我国液氨泄漏就引发过重大伤亡事故,这些麻烦抵消了液氨的优点。而液氨在火星上就不同了,在火星户外都穿太空服,就不可能吸入泄漏的氨中毒,而且火星大气不含氧,氨泄漏了没氧化剂也无法燃烧炸不了。

对了,老马还忽视了火卫一、火卫二的开发,登陆火星前先在火卫一、火卫二打洞建前哨基地可能更好。因为不需要面对危险的火星再入着陆,同时火卫一、火卫二的物质能用来屏蔽辐射和流星体撞击。在火卫一、火卫二上建中转站、航天器维护、补给设施会是火星殖民难以跳过的关键一环。BFR 之类的发射系统直接跑地球 - 火星航线好比是长途汽车,铁路、海运无疑比公路运输更经济,在未来巨型太阳能电推进飞船就起到铁路、海运的作用。内部空间大、运力也更大,就是无法直接在火星地表起降,如同火车、船舶不能送人送货到家门口一样。火卫一、火卫二就起到火车站、港口的作用。这样下来,未来的行星际交通会更加高效、经济、便捷。

为什么要离开地球移民去火星等环境恶劣的其他世界?发源于炎热的非洲,在非洲不穿衣服也不会冻死、在丛林里遍地是热带瓜果,不种粮食也饿不死??梢运?strong class="qcfp">非洲丛林不愁吃穿,然而先人们为啥要走出非洲,去气候相对寒冷、食物没那么充足的其他地方,全球化扩张?如今条件得天独厚的非洲过得好还是寒冷的北欧、加拿大过得好?

目光要长远,走出地球不是为了急着追求更舒适安逸的生活,而寻找新机会、新生活、建立新文明。地球的自然环境是比太阳系其他地方好,然而地球上有太阳系其他地方所不存在的可怕灾难——人祸,两千多年前的古人就强调过“苛政猛于虎”。到地球以外其他区域建自给自足的新文明能躲避野心家、疯子、极端主义者、地缘和民族以及宗教历史冲突争端问题等的麻烦。

注意历史上没有一场天灾的死亡人数和毁灭性比得上二战。恶劣的自然环境并不可怕,可怕的是人类之间互相残害,人祸最恐怖。地外新文明能躲地球上的人祸,闷声发大展,如同避难所、诺亚方舟。也许有一天地球爆发了第三次世界大战,文明大倒退。在地球之外的新文明能传承火种,成为人类的灯塔,避免宝贵的科学技术、文化艺术失传,帮忙重建地球。

再强调一下,对于未来不能停留在地球上大国博弈、五常游戏的旧思维里,必须考虑地外新世界崛起的人类新文明。如同现在美国、澳大利亚等新大陆国家无法被忽视一样。

定居开发火星需要哪些步骤?下面说说我个人看法

无人探测器、火星车充分踩点就不说了?;鹦潜砻?、特别地下土壤、水冰的取样返回研究是重中之重,需要在4 级生化危险防护标准的实验室研究。确认火星地下不存在危险的能感染地球生命的危险土著微生物后才能着手载人计划。不然谁也不想摊上埃博拉、超级流感之类的超级新病毒。

在确认火星安全、决定选址后,第一批非科考性的火星航班自然是送机器人和设备上去。其中有一种常被忽视但非常重要的设备——可展开太阳能充电站,展开铺平后有几百甚至上千平米的太阳能电池,带静电除尘装置,功率几十千瓦以上。配有无线充电感应线圈定期为无人施工机械充电,如同加油站,本身带通信中继功能。可以带上多个,部署在不同区域,方便其他载具就近充电。比核反应堆廉价、安全。当然如果条件上许可,最好还是捎上核反应堆,这样夜间也能正常供电,不必依靠蓄电池。

接着是无人施工机械例如挖掘机、推土机、建筑机器人、搬运 / 起重机器人等,这些自动化机械自身有太阳能电池,也配备大容量锂电池和充电线圈。一旦机器人的锂电池没电了,就依靠自身太阳能电池的动力开到充电站快速充电。这样能实现高强度施工,避免自身太阳能电池发电功率低、充电慢耽误施工进度。

挥发物资源利用设备,这包括水处理系统(融化冰然后蒸馏、部分电解)、甲烷制取装置、低温流体(液氧、液氢、甲烷、液氮等)管理储存系统等等。通过那些无人机械的施工使火星本土初步具备水、氧气、推进剂等流体的生产补给能力,为迎接后续飞船到来做好准备。

第一批人类可能不会直接登陆火星,而是在火卫一上掘洞,把??榛詹蘸推渌榻袢牖鹞酪坏难沂屯寥览?,建立火卫一基地。然后在火卫一基地上??鼗鹦潜砻娴幕魅私锌瓶己突∩枋┙ㄉ?。这样降低人类的风险——再入火星大气层降落是危险的,很多火星探测器在着陆阶段出事,同时也节省交通成本(可以使用经济、运力大的太阳能电推进飞船),从火星表面起飞也比从火卫一起飞困难、昂贵多火星逃逸速度 5,027 米 / 秒,火卫一才 1.39 米 / 秒),简化任务?;鹞酪换爻跗谌丝诳赡苁?12-36 人,在条件成熟的情况下,驻守火卫一基地的人员可能会不定期的访问火星表面进行考察乃至应急维修设备。为什么在火卫一上??囟皇堑厍蛏弦???因为光速的限制以及地球 - 火星之间的距离有严重的通信延迟。只能发电子邮件,根本无法实时通信,火卫一距离很近就不会有通信延迟带来的麻烦。

随着后续货运航班的抵达,火星上无人机械建造的基础设施日益完善,例如像火卫一基地一样。挖掘机挖沟,在沟里架好预制件地基,然后把一系列??榛鹦巧钌枋┌ň幼〔?、火星农业舱等放进去,然后推土机用火星土壤填埋,形成厚达数米的?;げ?/strong>。在地表上有出入气闸、电源、通信、热控制等的接口。跟其他已建成火星基础设施连接起来。这样在火星表面有能安全保障人类生活的条件后人类再正式开始迁居。

刚开始迁居的人很可能会是技师、工程师、地质学家、生物学家,刚开始人自然不多,会一批批增长。工作是尽快完善、扩充火星基础设施,尽快的自给自足。为接下来的大规模发展提供基础。在火星混凝土、火星玻璃、火星金属(特别是铁、镍、铝、镁)以及乙烯(聚合物生产的前置条件)等产业初步成型。以使用火星本土材料建造增压舱、太阳能电池、机械为里程碑。从燃料、食物自给自足到建材、机械都自给自足,依靠火星本地资源建设发展,不再完全依赖地球,火星才算开始成为真正的殖民地,而不是前哨。设立了实质意义上的议会等行政机构,继续完善基础设施、扩大规模、开始接纳工程师、技师、科学家以外的移民,发展第三产业甚至文化、创意产业。人口规??赡芎芸焱黄仆蛉?,发展成一个繁荣、充满生气的小城镇。

当然一些高技术产品,例如计算机芯片等火星本土一时难以自造,还得从地球进口?;沟煤偷厍虮3至己霉叵?。同时火卫一、火卫二上可能会伸出多条几百米甚至上千米长的桁架,上面是大面积太阳能电池、散热器、通讯中继天线,以及对接口、增压隧道、机械臂、轨道运输系统、甚至是船坞,而基地主体特别是居住区还是在这两颗卫星的地下以阻隔辐射?;鹦巧系亩趸家约袄醋哉饬娇盼佬潜旧砟酥列⌒行堑谋肀湮平?,用来补给停泊的飞船。

往返于地球 - 火星甚至是火星跟灶神星、谷神星之间的巨型太阳能电推进飞船在这两颗卫星上装卸物资和人员、维护、补充推进剂。未来的巨型太阳能电推进行星际飞船功率可能达到几十甚至上百兆瓦,太阳能电池阵列如同田野一样宽广,这样的飞船一次可以携带成千甚至超过万吨的载荷。BFR 之类的天地运输系统也频繁??空饬礁劭?,起到接驳运输的作用,也可能在火卫一港的船坞而不是火星地表维护、改装。

如果后来火星发展足够繁荣,火星人口超过百万后,火星轨道上甚至可能出现小型太空城市。能容纳上万人口,通过旋转模拟人工重力。除了作为港口、太空工厂、观测和通信平台外也是火星人度假目的地,毕竟火星表面重力低,太空城市能提供和地球表面相同程度的模拟重力,还能俯瞰火星。

一旦火星人口超过百万大关,并且在计算机芯片、精密仪器、药品等高技术产品上也能一定自给自足,那可以独立建国了。我觉得火星上各定居点可能会组成一个联邦,各定居点或者城市高度自治,有特色分工,互相贸易?;鹦侵醒胝叭ㄓ邢?,主要负责外交、国防、协调问题以及超级基础设施的建设等?;鹦嵌懒⒖赡芑崂嗨朴⒐雅?,也需要复杂的公投、谈判等。

那火星在独立前和地球的关系是什么样的?根据联合国外空条约等相关法规,任何国家不得占有地外天体、宣称主权。所以火星的定居开发会是国际性的、自主性的,情况地位会很特殊,到时候很可能会制定火星公约(ji ben fa)、修改国际法、甚至联合国宪章。确定火星定居点的国际政治地位和合法权益。

火星真正宣布建国独立,可能在地球上掀起一阵嘴炮大战,媒体煽风点火、联合国等吵的不可开交。大国之间会拿火星政权做互相博弈的棋子、筹码,搞不好也许会巴结送援助扩大在火星的影响力。新生的火星共和国还可能会遇到刁难、威胁,但实际上雷声大、雨滴小,因为火星本身经济价值不大。在火星共和国跟联合国、地球上各国签订有关协定后,地球方面很可能承认火星独立是既成事实了,不太可能有地球武统火星的情况,因为吃力不讨好,各国之间内斗都来不及呢。毫无疑问联合国宪章、LOGO(把地球改成太阳系)、国际法甚至世贸组织、世卫组织等又要修改法规了,教科书出版商也得急忙修订了。各国也会去设立使馆、领馆?;鹦强赡艹晌?strong class="qcfp">安理会第六大常任理事国(别的不说,往地球上扔小行星,威力不亚于核武)。

至于更未来,火星随着人口的增长、闷声发大展,也许可能成为新的美国。在科技水平等上超越尔虞我诈内斗不停的地球。成为令地球刮目相看的新强国。

当然在开发火星的同时,主带小行星乃至身处主带里的矮行星——谷神星也会被开发、殖民,不过那就是另一个故事了。长远看,可能那些小天体的开发、建立的新文明更像是一系列城邦、岛国的联盟??赡芑嵊刑粝底畲蟮奶赵耸淠芰?、最强的太空舰队实力,但是陆军糟糕。因为小天体逃逸速度低、容易开采资源,太空交通比地球、火星、甚至月球都方便。资源也非常丰富,就是重力更低,可能会有很多旋转产生模拟重力的太空城市。

还有我觉得未来火星开发移民可能会有类似当年东印度公司的超级企业,但又有很大差别??赡芑崾?SpaceX、蓝色起源、毕格罗太空、波音、空客、诺斯罗普 - 格鲁曼甚至可能还有 IBM、微软、Google 等科技巨头合资,还有一系列国际组织、非营利机构、基金会的加入或者协助。共同开发火星,寻找商机,同时也抢占热点(最好的公关、广告)扩大影响力。使得人类继跨国企业后第一次出现跨星企业。重点会是建设基础设施,特别是交通、能源和生命支持方面,可以共享。

有人可能问这些企业中不少是竞争对手、死敌,怎么可能合作?企业之间的商业行为不存在什么不共戴天、水火不容。重要的是怎么做才能有助于长远发展、获取更大利益(包括影响力)。注意波音和洛克希德马丁公司在军用飞机等产品上是死敌,然而他们也合资建立了联合发射联盟(ULA)。因此我觉得开发火星很可能会有一家科技巨头们合资创立的超级企业,提供技术和财力、物力、人力。扩大各自影响力的同时,让火星定居点尽快发展,培养用户习惯,养肥了后就是新市场可以赚钱开分公司。


那在火星上的生活会是什么样的?

遥远未来的就不说,就谈近未来现实的,由于火星缺乏强有力的全球性磁场、大气很稀薄,所以为了阻挡辐射和流星体撞击火星的建筑在初期会是地下化或者半地下化为主,没多少窗户(可能有裸眼立体显示屏作为虚拟窗户)、空间狭小。感觉可能类似北上广地下室栖居的“蚁族”们。

出了门社区可能类似地铁站 + 地下商业街,一般情况下的交通例如去办事、去医院、送子女去学校都通过地道解决,和地球相比虽然比较局促,但也不需要担心暴雨水淹、烈日酷暑、霜冻严寒等恶劣天气带来的麻烦。由于去火星地面相对麻烦,得换太空服走气闸,得注意别让火星尘土进舱、尽量避免空气泄露等等。搭乘气密火星车相对方便些,不过同样也要过对接气闸,中途还不能下车,有什么事都得在车上解决。估计除了工作需要以及偶尔的出游外平时很少有人愿意离开地下城。对了,火星因为缺乏真正的磁场,指南针在火星无效。

民以食为天,饮食上除了谷物、蔬果等素食,外例如牛排大餐、火腿腊肉等肉食者的美味可能不切实际,动物性蛋白来源或者说荤菜会以繁殖迅速不产生异味的甲壳动物(虾、水蚤,而蟹的肉不多繁殖不够快,可能不适合火星)、软体动物(贝、螺,包括蜗牛)、鱼类为主??赡芑够嵊幸欢ㄊ客敝逞杆俚募仪莺托⌒筒溉槎锢?strong class="qcfp">兔子作为补充。养猪、牛、羊等大型家畜占用空间大,繁殖慢,异味污染大,给环境控制系统出难题,不适合可预见未来的火星定居点。实在要牛排、火腿的话只能从地球进口,因为漫长的等待时间、高昂的运费、冷冻好久不新鲜,我觉得一般人都会打消这念头。

不过因为火星上都是人工环境里种植农作物,病虫害在种子发射时被检疫阻挡了。所以火星农产品会是绿色无公害的,没有病虫害也不需要农药,同时因为人工环境下控制,没天灾、没病虫害 24 小时光照 + 高浓度二氧化碳、保持最佳温度等等,火星上的农场生产效率会比地球高很多。唯一允许来火星的昆虫可能是温柔的蜜蜂,用来授粉酿蜜。同时想不通要轻生的人在火星买不到敌敌畏、百草枯啥的了。

火星上人口有限,产业有限。很多消费品例如化妆品之类的初期得从地球进口,运费加成后的价格自己想象,而且下单得等发射窗口,剁手的快递发射后还得几个月才能收到货?;鹦遣皇屎隙缡肿?、购物狂。对于中国人而言,春运也不能回老家,除非你是超级土豪,不过就是不差钱的土豪也得考虑发射窗口跟航行时间的问题。

距离和光速限制导致的通讯延迟是大麻烦——轨道运行相对距离远的时候一来一回带来的延迟最长时差不多半小时,导致火星跟地球之间做不到即时通讯,只能留言、发邮件。上地球的网站打开页面、刷新也得等信号在地球火星之间的来回,联机游戏是不可能的了。访问火星本地的互联网服务和固定宽带一样包月包年,访问地球上的网站发送信息、文件到地球上则按流量收费,价格取决于到时候的通讯基础设施建设情况,我估计比 3G、4G 上网的流量贵不少,毕竟是星际互联网。因为火星公转周期(火星年)是地球两倍多,自转周期(火星日)也比地球略长,这自然导致不同的历法,所以火星时间跟地球时间的协调换算让人头疼,不像地球上的时区或者夏令时间换算那么简单。这些限制对于死宅而言是最痛苦的。

火星的低重力(0.376G)对腿脚不便的长者们是福音,对追求性别平等的女权主义者同样是利好——在火星低重力环境下,在地球上原本需要轮椅、拐杖的长者可以站起来跑得快了,生活能自理了。同样对于孕妇也舒服多了,还有因为低重力下直接喷洒液体很反冲容易溅出来,火星上的厕所可能没有小便斗。男士也得像女士们那样坐着来放水,不能直接站着解决了,或者用零重力厕所的管子解决,这样男女更平等了……同样因为低重力和防异味避免给环境控制系统天都的考虑,火星上也不会有蹲厕,很多中国人大概会不习惯。因为水循环系统的处理能力限制,用水也会有限制,爱洗澡冲个半天的洁癖可能不习惯,好在火星没那么多需要浇水的草坪,就是地下体育场为了省水省维护也会用人造草。

火星不但需要理工科的,同样需要文科生、艺术生,因为火星殖民地需要有人来行政、管理、提供服务例如心理学、司法、调解、采编新闻、文娱、教育活动等非理工性质的工作,毕竟人不是机器,不像空间站上那样都是精英宇航员,而且空间站对宇航员也不过是出差工作地,而不是家。也因为火星殖民地空间相对狭小,为了充分利用有限的空间、避免人的疲劳、产生心理问题、提高生活质量。需要良好的环境设计以及艺术品去装扮还有火星上出版物、网站、软件的美术设计。外包给地球上的团队设计的话光是在巨大通讯延迟和高昂的带宽费用下就让人头疼,极其低效又昂贵。所以火星还是需要文科生、美术生的,我想很多人看到后会松了口气。

最后我有些好奇火星上的语文、历史、地理等的教科书是什么样的,会怎么讲述地球跟火星的关系。

更多对未来理想居住方式的讨论请戳?>>>?下一个家:方寸之问 × 居住之解

?

?

扫描二维码下载知乎日报

支持 iOS 和 Android
二维码下载知乎日报
阅读更多 人闭眼的时候,手指放在额头前感觉会非常明显,为什么? w66利来最给力的老牌平台