低重力、缺氧气，人类该如何设计火星殖民城市？

低重力、缺氧气，人类该如何设计火星殖民城市？

aiko • 2018-03-09 • 前沿技术

无论是文化还是科学上的地外创新，都不会仅仅用于地外环境。

编者按：火星生活会面临的众多挑战无疑会重写城市设计的一些规则，但通过重新定义我们与自然以及与我们与自己的互动方式，太空移民为重塑地球都市生活也提供了一个更大的机会，本文作者是来自哥伦比亚大学地球研究所（The Earth Institute）的 Sarah Fecht。

1969 年，尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林在登陆月球时，乘坐的是一个相当于双人帐篷大小的飞行器。着陆仓没有可辨识出的卫生间，也没有隐私可言，但这些都不重要，因为阿姆斯特朗和奥尔德林的此次月球之旅只是“一日游”。现在，人类再一次尝试突破地球大气层的束缚进入外太空，但现在的目标已经发生了变化：我们想去月球和火星，并不仅仅是为了立下一面旗帜，留下一些足迹就返程，而是要在那留下。

对于一些人来说，由于去火星定居挑战和机遇并存，所以他们认为人类想去火星定居的想法其实很好理解。穿越浩瀚的海洋，攀登最高的山峰，去往最极端的环境之中，这种探索精神能够激励世世代代的地球人采取行动，从而取得意想不到的科学和经济学成果。登陆到火星并为人类创建一个新的落脚点能够进一步打破技术、人类心智和设计的极限，并且有可能让我们懂得如何在地球上更好地生活。

到地球之外的空间居住能够让我们有机会去尝试新的社会和环境体系，其中必然会吸取我们在地球所汲取的一些经验和教训。“火星城市设计”大赛的创办者 Vera Mulyani 自己也是一名建筑师，他曾这样说道：“如果你想去火星，那你是想去生活，开心的生活，并且想比在地球生活的更好。那就让我们为人类设计一个更好的居住地吧。”

Justin Hollander 是美国著名大学塔弗茨大学城市规划专业的教授，同时也是“火星一号”机构（Mars One：征集 24 位地球人到 2035 年去往火星建立永久殖民地）的一名顾问。他也表示，（像火星这样的）一个白板空间让我们有机会去优先创建城市化的一些良好要素，例如公共空间，而不再是事后才想起去添加。

无论是危险性环境所带来的挑战，还是低重力所带来的自由感，都会成为重写设计规则的影响因素。但是，通过重新定义我们与自然以及与我们与自己的互动方式，太空移民为重塑都市生活本身提供了一个更大的机会，从更广泛的角度来看，对于重塑公共空间以及使用这些公共空间的公众也提供了一个更大机会。由此产生的影响可能不仅仅是面向火星，也是面向我们自己的地球生态环境。

不难理解，自然也有一些人认为我们不应该移民到其他星球。尽管埃隆·马斯克坚信我们必须在火星上建立一个殖民地，以确保人类的未来不会由于小行星撞击或者是气候方面的灾难而终结，但没人能够保证人类可以在火星上长期生存下去。火星上的低重力环境会削弱我们的骨骼、心脏和免疫系统，土壤有毒，大气成分主要是二氧化碳，人类无法呼吸。人类可以在这种微重力的环境中繁衍后代吗？没有人知道这个问题的答案。除此之外，我们向火星发射运送的每一批物资，都将耗资数亿美元。要知道，建造围绕地球运行的国际空间站耗资高达 1500 亿美元。许多人认为最好将移民火星的钱花在拯救我们现有的地球身上。

除了上述所提到的这些生理和经济障碍之外，要想对其他星球实现殖民化也将涉及到一系列的其它试验。空间建筑师 Brent Sherwood 在他的《走出这个世界：空间建筑的新领域》（Out of This World: The New Field of Space Architecture）一书中这样写道：“远离地球，住在一个处处受限的人造环境中，将会对我们的心理健康带来全新的挑战。”也正是因为如此，如果我们选择面对离开地球生活所带来的严峻挑战和风险，那么对于建筑师和设计师而言，他们就需要思考怎样才能让太空飞船和新的栖息地不仅能满足生存目的，而且能够达到宜居的要求，这一点至关重要。未来，宇航员将需要公共场所来放松、社交和聚会，以保持健康的头脑和健康的社交状态。公共（以及私人）空间将在实现一个正常运转的火星社会，甚至未来有一天可能是理想的火星乌托邦社会中发挥重要作用。

但是，即便火星乌托邦社会未来能够实现，也不是一朝一夕之功。就目前而言，地球上最优秀、最聪明的人仍在研究该如何才能满足我们在太空的基本需求，例如氧气、水和食物等。

第一批到火星的旅客可能会以四人一组的方式“启航”，身处连接到一起的大金属罐内，外部的太阳能电池板像帆一样伸展开来。每艘太空船的大小大约相当于一个两居室的小房子，听上去似乎很宽敞，但要知道里面需要容纳他们为实现定居使命所需的很多物资和科学设备。Deep Space Ecology 建筑设计师Tristan Bassingthwaighte 表示，为了实现理想的火星社会，“我们必须弄清楚如何来建造这些东西才能保持人们的幸福状态，才能让他们一直发挥出自己的生产力。如果你整个团队精神失常，那就无法实现定居使命，任务失败，就像撞上了火星一样。”

月球及火星殖民地设计预测

一旦我们离开地球，人类的文化、技术甚至生物反应会如何变化，我们不得不知，但我们可以对最初所需的一些设计要素进行预测。

人类在火星或月球上的第一批栖息地外形可能与那些四人飞船相似：空间小而狭窄，社交生活围绕着一张餐桌展开。要想实现长期停留，这些药丸或者说圆顶形铝罐和重启结构需要覆盖一层厚厚的岩石和泥土，以保护舱内成员免受深空辐射以及极端温度变化的影响。

在星际探索的早年阶段，私人空间可能会像公共空间一样需要格外的关注。从 2015 年 8 月开始，Bassingthwaighte 和另外五个人花了一年的时间在夏威夷合作建成了一个火星模拟栖息地 HI-SEAS。他们将这一栖息地设计成尽可能开放的状态，以对抗准宇航员可能产生的封闭感，但与此同时也就意味着，无论你身处栖息地内部的哪一位置，别人都能从其他任何地方看到或听到你的动静。“实际上，我们根本就没有足够的私人空间，” Bassingthwaighte 说道，“一段时间以后，这让我们感受到了一种更大的压力。很难找到一个让你可以完全放松，卸下所有心理防备的地方……这种持续性的压力肯定会不断恶化，或者造成误会。”

Bassingthwaighte 在当时还只是一名建筑系学生，他在博士论文中探讨了应该如何改进这一火星模拟栖息地设计的问题。他建议保留原有的大型、开放式公共休息空间，但可以将其改造成相对较小、更私密的空间，这样该区域就可以用于进行足球练习或者是电影之夜等活动，或者也可以提供私人空间供人们绘画或阅读。由于火星长期住宅需要被埋在地面下方几英尺的位置，所以 Bassingthwaight 提议采用虚拟现实技术来帮助人们摆脱封闭感，并且通过 CoeLux 人造天窗来“完美复制自然蓝天和阳光的外观和感觉，会骗过你的眼睛，让你感觉在玻璃外面就真的是蓝天和阳光。”

马斯克创立的 SpaceX 希望能在未来几十年或者几个世纪之后，能将大量的人类成群结队地送往火星居住。SpaceX 并未公布其大型火星移民飞船的内部细节，我们只知道有着大大的窗户和柔和的白色内饰。但是，如果真像马斯克设想的那样，这艘飞船一次可容纳 100 人，那这显然需要大型的集聚空间。这些火星移民者就像是军事航空母舰上的士兵一样，可能会在健身房或咖啡馆等公共场所来消磨时间。

但是在塔弗茨大学城市规划专业教授 Hollander 看来，自《2011：奥德赛火星漫游》（2001: A Space Odyssey to The Martian）一书出版以来，到处都在宣传的这种柔和的白色、“未来主义”风格飞船内饰对于经历长达数年旅程的乘客来说可以说没有一丁点正面效果。他表示：“任何东西看上去都让你想到它们是由机械制造的，没有细节，一点也不复杂，而这些其实才是我们真正想要的感觉。”有一些会采用像木质饰面和织物等天然材料，“来营造一种更强烈的家庭感，因为视觉和触觉所接收的刺激如果太过单调，会导致一些潜在的心理问题。”

随着火星基地的发展，人类将建立起更加永久性的移民地，公共集聚空间也将变得更加重要。Jason Crusan 是美国国家航空航天局先进探索系统部门的主管，他推测火星移民可能会生活在独立的栖息舱中，同时又聚集在一个通用的区域以内，类似于拖车公园一样。定居之后的新建筑将采用火星上的玻璃或混凝土，利用 3D 打印技术打造砖石建筑，创建更大的集聚空间，将不断增长的火星人口聚集到一起。这样就可以保持社区意识，共同做出影响整个团队的决策。这些地区无疑将成为奠定火星文明根基的集聚空间所在。如果它们能够实现稳定、自给自足的状态，那随着时间的推移，肯定会吸引更多的探险者、企业家和自由思想家。

由此产生的人口爆炸式增长可能会成为实现理想乌托邦社会的挑战，或者至少会让我们思考我们想在火星实现的到底是哪一种的乌托邦？《外层空间条约》于 1966 年起草，并在一年后被联合国通过。据该条约内容显示，所有的外层空间都是公共空间，或者更确切地说，所有的公共空间就像是公共物品一样，不能“通过使用、占用或者其他方式来占有主权”。然而，无论是在政府公共太空计划中，还是像SpaceX 这样的私人企业太空计划所描绘出的众多太空殖民场景中，其它星球总是被看作是一种潜在的经济利益场所，主要是通过提取外星球资源来实现经济利益。随着我们的经济利益与我们一起迁移到其它世界，对于这些外星球资源，我们又该如何转变现有的所有制结构呢？

也许在人类到达火星之前，月球上的人类定居点由于更临近地球，会更快也更方便发展成为一个经济中心。这些月球上的定居点基本上会采用与火星基地相同的基础设施，最开始可能会作为一个研究前哨基地，之后发展为开采氦-3 (He-3：一种可以形成聚变反应堆的同位素，可以分解成氢气和氧气，又称火箭推进剂)的工业型城镇。像欧洲航天局局长 Johann-Dietrich Woerner 和美国联邦航空管理局商业太空运输办公室主任 George Nield 这样的人物都认为这些基地将发展成为一个地外星际市场，也许会将月球转变为一个熙熙攘攘的天然气仓库，火星飞船在继续漫长的旅程之前可以先来这里加满燃料。

如果月球工业真的开始腾飞，那月球上的工作人员以及他们的家人就需要建造公寓、办公室、农场和礼堂来形成一个功能齐备、良好运转的社会。Sherwood 认为这些设施的完备会吸引更多的月球游客，这样又会带来进一步的发展，包括剧院、游泳池、餐厅、酒店、酒吧以及用于低重力运动的体育场等在内的建筑场所将越来越多的出现。

有些人甚至想在月球上建立公园，以保护阿波罗 11 号登陆点等具有纪念意义的场所。虽然未来的月球游客只能身穿宇航服来观看这一景象，并且与同伴的交流只能通过头盔上配置的无线电设备进行，但按照《外层空间条约》中所规定的标准来看，这种“超国家层面的公园”可能最能展现将外层空间作为共同财富、为全人类所享用的这一崇高理想。对于这些具有重要文化意义的区域进行管理可能也会为地球上的环境和文物保护工作带来启发和借鉴，尤其是地球公共土地现在正日益受到私有化的威胁。

虽然在火星上有许多开阔的场所，但真正用于每日活动的公共场所都是室内场所，并且在可预见的未来，这些室内场所也不会让人们想象的那样开阔。Crusan 表示：“要想在火星建造大型建筑物和穹顶城市，我认为在我这一生中是看不到了。” Sherwood 指出，令人感到遗憾的一点是，我们在有关月球移民的科幻漫画中所见到的那种雄伟壮观的穹顶城市，可能会将人活活烤死，因为月球地表温度能够达到近 250 华氏度（121 摄氏度）。火星上的穹顶城市设计可能没月球上这么恐怖，白天最高温可达 70 华氏度（21 摄氏度），但搭建穹顶的玻璃无法提供很好的防辐射保护。不幸的是，对于人类来说，外星环境地球化工程（人为改变天体表面环境，使其气候、温度、生态类似地球环境的行星工程）可能需要数千年的时间才能实现火星空气与地球环境的类似。

虽然火星人需要温室来种植食物，但在火星栖息地中，至少在一段时间内，无论是创建休闲用室内公园还是对公共场所进行绿化其实都不实际，因为很难去调节这些区域的水分和氧气含量。当然，还有其他方法可以让火星栖息地看上去更自然一些。Bassingthwaighte 建议将温室设置在集聚场所旁边，中间用透明玻璃隔开。这样，从公共集聚空间就能看到温室内部的粮食作物，营造自然环境所能提供的那种放松性刺激，同时在各个分离的空间内都保持理想的空气质量。Hollander 建议除此之外还可以采用不规则碎片形图案、曲线、有趣的纹理、绿色以及人类自然的声音和气味等设计元素。

虽然这些室内公共区域与我们之前所建造的任何场所都将大不相同，Sherwood 仍然建议从人类历史设计中寻找灵感。罗马的室外空间基本都是用于公共仪式的一些封闭性“房间”，这足以证明内部都市主义设计“可以是宏伟而富有戏剧性的，并且可以提升公民的生活质量”。他指出，中世纪和哥特式建筑表明，“我们可以谨慎地使用那些珍贵，同时也具有一定危险性的外部视图，又能保证在精神上和情感上都具有激励性效果。”伊斯兰风格庭院将大自然带入家庭的中心，现代购物商场也会提供一个通风的室内空间，用于娱乐、锻炼和社交。

地球上的这些设计灵感能够为我们提供许多实用的借鉴，而由于各种设计形式呈现出多样性，这就要求我们对外层空间公共生活的本质进行推测。毕竟，古罗马的内部都市主义和现代的购物商场面向的是不同类型的公众。公民身份、消费主义、传统家庭结构或亲属关系对于这些移民到外星球的公众有多大的决定意义呢？他们与外部力量（例如遥远的地球）是相互依赖还是各自独立的关系呢？如果火星是一块白板，那空间建筑师和设计师自然是倾向于根据他们自己对这些问题的解释（或假设）来进行规划和设计。而对于这些问题，移民群体本身可能也持有不同的态度，其中有一些可能会达成一致，也有一些会相互冲突。月球或是火星殖民地的建筑环境将包括一些用于谈判的空间，其实体设计将会影响谈判的参数，在排除一些可能性的同时会打开其它可能性的大门。无论是对于太空旅行或殖民化的公众愿景还是私人愿景来说，尊重这种关系的复杂性都是一个至关重要的组成部分，尤其是向深空扩展的势头不断增长的情况下。

欧洲航天局希望创建一个由研究人员、矿工、企业家和游客组成的“月亮村”。美国航空航天局打算走的更远，到 21 世纪 30 年代中期将宇航员送到火星，往返旅程总共需要两到三年的时间。私人企业在载人火星飞行方面可能会走到 NASA 的前头：Mars One 希望能够派遣一支由四名探险队员组成的团队单程去往火星，在那里创建永久的居住地。SpaceX 则希望在 21 世纪 20 年代中期能将第一批移民送往火星，为创建移民地奠定基础，而这一移民地在未来几十年时间内可能发展壮大，最终能容纳 100 万人，至少马斯克是这么想的。

无论谁先到达火星，他们都需要一个用于互动以及工作的公共空间。随着时间的推移，这些公共空间可能会成为地方政府的驻地，也可能会成为举办婚礼、进行政治讨论、嘉年华、电影院、葬礼或者聚会的场所。

随着社会的发展，火星人实现自给自足的状态，他们将需要创建自己的体系来处理问题，进行管理。他们会形成自己的传统、独特的笑话和习语。这些文化转型最有可能来源于所有人都聚集到一起的那个公共空间。

最终，随着文化的发展，我们可以想象得到，这些移民人群甚至可能开始感觉自己的兴趣和价值观与地球人有了很大的分歧。过往的无数历史事件也表明，这些殖民者最终会宣布独立于人类规则形式之外。我们也能想象得到，公共场所可能会成为火星革命种子生根发芽的花园。

对于地球人来说，幸运的是，无论是文化还是科学上的地外创新，都不会仅仅用于地外环境。学会怎样用 3D 技术打印当地材料来搭建房屋、如何在零废弃物的环境中依靠可再生能源生活以及如何设计包容性城市，这些技能可以帮助生活在任何星球上的人类，也能帮助那些被迫与我们互动的其他生命形式。

实际上，实现对其他世界的殖民可能有助于我们拯救现在生存的星球—地球。贫瘠的火星陆地表面恰恰提醒着一些无意识的人类活动对于地球损坏的极端：气候变化、土地退化和荒漠化。为解决火星居住问题所做的一些科学努力，无论最终成功与否，都能为扭转地球的受损和退化提供一些宝贵的借鉴，或者至少可以缓和它们对人类社会的最坏影响。

也许广泛太空殖民的想法会迫使我们重新审视《外层空间条约》及其乌托邦理想社会。如果月球或火星“成为全人类的一个大型行政区”，那地球是不是也会变成这样呢？随着这些问题变得越来越具体，如何去回答这些问题将对所有星球上的公众以及他们所共同拥有的所有空间产生重大的影响。