1991年，美国曾实施了“生物圈二号”计划。这个计划是在地面营造一个准太空环境，选派8名男女研究人员，调集大约3800种动植物，一起被封闭在由玻璃、钢材搭建的建筑物内，形成一个密闭式的生态系统，模拟人在太空长期自给自足的生活。但遗憾的是实验的结果没有想象的那样完美，由于建筑物内的二氧化碳没有办法处理，最后，试验以失败而告终。现在美国有关部门又对试验重新作了调整。继美国之后，雄心勃勃的日本正在执行“生物圈J”计划，对太空的自给自足的生活进行探索。

此外，由于美国没有空间站，这些试验只能在航天飞机上进行，而航天飞机每次的飞行时间不长，大大影响了试验项目的开展和效果，因此美国酝酿建造太空植物园和太空农场，植物园直径约4．2米，长3．7米，自动控制系统能提供植物所需的水、肥料、阳光和保证温度等条件。管理、收获、加工、废物处理，均由机器人负责。如果发生故障，机器人就向空间站及时报告，空间站上的航天员即进入植物园进行修理。

意义

建造可供人们长期生活工作的太空城，既是人类的梦想，又是空间技术发展的必然，特别对于进行太空移民和深空探索，有着特别重要的意义。

伞架子式的太空城

美国普林斯顿大学物理学教授奥尼尔博士对建造太空城已经研究很长时间了。1977年，他出版了《宇宙移民岛》一书，提出了三种宇宙岛设计方案，其中的“奥尼尔三号岛”是一种伞形结构的太空城。它像张开的伞，伞把是两个巨大的圆筒，这个伞特别大，光伞把就有6500米粗，长3200米。在这个大圆筒里，可以居住100多万人。两个伞把用传动带连到一起，每分钟以一转的速度旋转，从而产生人造动力。伞把的四周是玻璃窗，窗外用挡板遮挡着，盖板内镶着大玻璃，和上盖板里边就是黑夜，打开盖板，到里边，里边就是白天了。

圆筒里边是真正的城市。有山丘、树木、花草、河流，有体育场、电影院、大酒店，还有机场、车站和码头。太空城里的居民外出办事，可以像在地球一样，或乘船、或乘公共汽车、或乘飞机，或者干脆把手一挥，打的走，非常方便。尤其称奇的是，这座太空城还可以进行人工降雨区，有晴天，阴天，雨天和冷暖的变化。科学家把伞架子边缘设计成农业舱室，在农业舱室里，通过温度控制，可以在不同的舱室分别制造出春、夏、秋、冬一年四季的季节来呢。因此，农业舱室粮食作物郁郁葱葱，瓜果蔬菜一应俱全，由于温度、湿度适宜，在那里，奶牛成群，猪羊满圈，小鸟欢唱，有益的昆虫飞翔。整个一个天上人间。生活在太空城里的公民一年四季都可以吃上新鲜的蔬菜、瓜果和粮食。

由于太空城里的环境十分优越，因此呼吸的也都是新鲜空气，再也不必担心在地球城市中的空气污染了。优越的环境加上采取先进的栽培方法，在那里吃的也都是绿色食品。在这样的城市里生活和工作，不知比地面要好多少倍呢。

圆环型的太空城

这样的太空城就象一个大轮胎，轮胎的直径为1800米，仅大圆环的直径就有130米，里边可供1万人长久居住。圆环以每分钟1转的速度自转，产生重力环境。

为了使圆环里能享受到充足的阳光，在圆环的上方安装了一面巨大的镜子，将太阳光折射到圆环中央的镜子上，然后由它折射到圆环的百叶窗上，百叶张开，阳光进入，里面为白天；百叶闭合，里面为黑夜。在圆环的中轴上，靠近圆环的一端是太空港，设计了许多对接装置，接送来往人员，向太空城里运输货物和向地球运输太空垃圾和产品的宇宙飞船在这里停靠。同时可以接待好多艘飞船来访。另一端就是太空工厂和太阳能发电站了。中轴有6根辐射管通道与居民区相连，人们可乘100多米的电梯，通过辐射管道进入中轴，再沿着中轴去工厂上班。

在这个大圆环里面，按着不同用途分成若干个舱段，每个舱段既是一个区域。有居民区、学校、医院、饭店、旅店、农场、肉类加工厂、太空工厂等等。尽管在太空城里生活的人们都很文明，但是，必要的管理工作还是需要的。因此，还是要设立如居委会、警察局类似的机构。

走进工厂，你会看到偌大的工厂里几乎看不见工人，全部是计算机控制，也没有噪声和污染。走进农场你会看到一台台不冒黑烟的现代化机械在不停地工作，身穿白大褂的农场工人坐在电脑前，用电脑控制着这些机械工作。在明媚的春光下，青椒、茄子、豆角、西红柿张着笑脸，小麦、玉米等粮食作物在春风下摇拽。这些无忧无虑的小生命们，已经忘记了地球。

“向日葵”城

1975年，美国有一位科学家曾经提出了一个叫“向日葵”城的太空城方案，顾名思义，这座太空城的样式有点像向日葵，主体是一个直径达450米的圆筒，以每分钟2转的速度自转，这样可以产生像地面一样的重力，人在上面生活工作像在地面上一样。周围配备圆锥型反射镜反射阳光，最外边是农业区，最上面是聚光镜，靠这面镜子聚集的阳光发电为城内提供电能。“向日葵”城可居住1万人。

太空花园

美国太空总署为配合星际探险计划的开展，与波音公司合作研制了一种名为“愉快花园”的适应性太空舱。这个太空舱实际上是一个保持受控状态的生命维持系统。在这个系统中，将种植各种花卉，果树和粮食作物，既为太空人提供良好的环境，又为他们提供食品和水果。整个花园里产生的二氧化碳将由小球藻系统来排除和制造氧气，保持新鲜空气。太空花园还专门设立了“运动区”，供到这里旅游参观的客人进行太空运动，运动区的引力相对较弱。

太空集体农庄

为了为实现太空移民和长期载人航天作准备，目前，美、日和西欧在21世纪的太空计划中，将植物在密闭的太空舱内进行长期生长试验作为重点研究项目。为此，设计太空集体农庄的工作已经开始进行。

目前，科学家的设想是把太空集体农庄建成球冠状。利用其外面可以转动的反射镜调节室内温度，通过人工努力，为植物营造一个像地球上一样的生长环境。科学家们通过对从月球上取回的土样成分进行化验分析认为，月球土本身不能种庄稼，但只要稍加改造，就可以成为在太空农场里种植庄稼等植物的土壤，更为重要的是，这种土壤还可以提取氧气和合成水分，这样就可以解决农场工作人员的生活用水问题了。

太空农场种植的庄稼、水果，不用洒农药，因此，是地道的绿色食品。未来的太空农场将全部实现机械化，工人在室内按电钮就可以对农场进行管理了。

太空城的方案还有许多。随着时间的推移，当太空城建造正式开始的时候，还会有更多、更好、更为科学的方案问世，届时，一座座太空城将呈现在人们面前，期待着人们的光临。

据未来城市网近日报道，美国科学家奥尼尔在他的《高边疆：人类的太空城》一书中，提出了一个名为“三号岛”的太空城，并设想未来人们可在这种太空城中居住生活。

圆筒形的太空城以中轴为旋转轴，每分钟自转一周，通过旋转产生重力

这所未来太空城是一座圆筒形的城市，长32公里，直径6.4公里，里面的居住面积为1300平方公里，可容纳1000万人生活。从城市的一头走到另一头，得花六七个小时。它是全封闭的，生活环境和地球完全一样。太空城里具有跟地球相同的重力作用，要不然生活在那里的人和物都会因为失重飘荡在空中，上不着天下不着地了。

怎样才能产生重力呢？旋转。这个圆筒形的太空城市，以中轴为旋转轴，每分钟自转一周，使得圆筒内壁产生一股离心力，正好跟地球表面的重力相等。圆筒的内壁正好是城市的地面。因此，生活在太空城的人，站在此地面上，跟站在地球的地面上的感觉是大同小异的。只是在太空城里，无论站在哪儿，你的头顶都正好正对这圆筒的中轴线。

太空城被分成三个居住区和三个天窗区，这将让太空城昼夜分明

为了使大圆筒内有充足的阳光，科学家设想将大圆筒的壁分成六大区域：三个居住区和三个天窗区。居住区和天窗区交错排列，一个居住区和一个天窗区相对。

天窗区由巨大的玻璃构成，在天窗区的外面还安装有三块巨大的平面反射镜。镜子是由电脑控制的，按照一定的规定转动，将照射到它上面的太阳光以不同的角度反射到太空城里去。反射镜随同大圆筒一起旋转，通过调节反射镜的反射角度和天窗玻璃的色调，太空城的居民不仅能看到蔚蓝色的“天空”，还能观赏到日出和日落。

太空城中山清水秀，没有灰土的公路上奔驰着无噪音、无废气的汽车，生活环境比地球还好

1000万人生活在一个大圆筒内会不会感到很拥挤？当然不会。因为1300平方公里的居住面积相当于半个瑞士那么大。太空城划分成行政区、住宅区、文化区和商业区，最大的是游览区。游览区里有蜿蜒起伏的青山，有潺潺不断的绿水；花草遍地，果树成林。没有灰土的公路上奔驰着没有噪音、不排放废气的车，环境比地球强太多了！

想象得到吗？天空中朵朵白云，河面上点点白帆，树林里百鸟齐鸣，草原上鹿兔嬉戏。此外，这里还有一个特别景致———人可以透过天空中的浮云，能隐隐约约看到头顶上的“地面”，那里的山峰、树木、房屋和行人都是头朝下倒立着的。

太空城造有大型超市、剧院、电影院、音乐厅、医院、图书馆、体育馆和夜总会等。总之，太空居民可以享受到地球居民所能享受到的一切，但没有住房拥挤、空气污染、交通阻塞、水资源匮乏和暴力事件等当今社会所遭受到的“人为灾难”。

整个太空城是一个巨大的密闭生态循环系统，可以解决空气和水的循环供应问题。辐射防护则可由居室的金属结构外壳解决。

太空城像地球一样，是一个自我封闭的生态系统，生活用品完全自给自足

太空城里，人们自己种植粮食和蔬菜，饲养牲畜，开设工厂，空气和废水都回收处理，循环使用。太空城像地球一样，是一个自我封闭的生态系统，唯一的依靠就是太阳。

太空城拥有一批工厂，有重工业、轻工业和高新技术产业区。重工业有钢铁、水泥、玻璃、火箭燃料和各种化工等。工业原料可以来自月球和一些小行星。如将月球和小行星上运来的矿石进行冶炼和加工，即可生产钢材、水泥、火箭燃料和化工产品。轻工业有纺织、食品和各种家用电器等。高新技术产业主要是一些精密仪器、信息技术和通信设备。

由于工厂排除的废水和废气会污染环境，所以工厂区都设在圆筒的两端，远离生活区，并且与生活区隔绝。圆筒的中轴部分没有离心力，是一个失重的区域，这里的工厂正好可以利用失重的特殊条件生产出在地球无法生产的东西。比如冶炼那些很难熔化的金属，提炼非常纯净的大块晶体，加工滚圆滚圆的钢珠，制造轻得能浮在水面的泡沫钢，细得用放大镜才能看得到的金属丝，薄得透明的金属膜等等。

圆筒的顶部还有一大圈茶杯模样的结构。那是什么呢？那是自动化农场。种在这里的庄稼一年可以收获四五次，产量比地球高好几倍；牲畜和家禽也可能由于失重能长得比地球的大。农场里一年四季瓜果不断，鱼虾常有，还提供新鲜的蔬菜、水果、鸡、鸭、鱼、肉、蛋和奶，农产品自给自足完全没有问题。

专家们估计，为解决1000万人口的吃饭问题，农业区只需要400平方公里的有效耕种面积，相当于每人占有耕地40平方米。为了大大提高农作物的产量，还需要大力发展新型的太空耕作技术。

太空城里还有设备完善的科学站和天文台。从这里考察地球，可以看到地球的全貌，可以全面地研究地球上的农业、地质、天文、气象、土壤、地震、环境污染等问题。宇宙空间没有云雾雨雪，没有大气，太阳和星星发出的光线和无线电波不会被吸收和反射，是进行天文观察和研究的最好场所。圆筒的顶部还有一个空间码头，从地球或其他太空城来的飞船可以在这里停靠。

在建太空城之前，应该先开发月球，利用月球上的资源建造太空城

那么好的太空城，是怎样建成的？很费劲。起码得几百万吨建筑材料。这么多的材料最好不用从地球运来，从月球或者地球附近的小行星上就地取材更加合算。

科学家分析了月球岩石标本之后，发现月球岩石中含有丰富的铝、铁、钛、硅、氧等元素。太空城的建筑材料有95%可以从月球找到。月球的引力比地球的小多了，物体脱离地球得达到11200米/秒，而脱离月球只需要2400米/秒就行了，把同样重的材料送到太空，从月球出发比从地球出发省95%的能量。

在建太空城之前，应该先开发月球，利用月球上的资源建造太空城。科学家估计，只要派150个人上月球，每年可以开采100多万吨矿石。将矿石用磁发射装置抛射到空间冶炼厂，利用太阳能加热、冶炼、加工成铝材、玻璃等等各种建筑材料和构件，然后派出一批民工，主要是太空机器人，到轨道上去进行无与伦比的高空作业，装配建造太空城市。

移居外星球要过三关：可选星系有五个

移民外星是出路

移居外星球，是人类一个长久的梦想。著名物理学家斯蒂芬·霍金日前在接受英国皇家学会颁发的科普利奖章时表示，人类必须移民其他星球以摆脱灭亡命运。霍金认为，只要人类被困在一个独一无二的行星上，人类的长期生存就处在危险中。小行星撞击地球和核战争等威胁迟早会将我们消灭殆尽。但如果我们向太空扩展并建立自给自足的聚居地，我们的未来应该是安全的。太阳系没有一个类似于地球的地方，因此我们必须寻找另外一颗星球，并采用更先进的太空火箭帮助人类移居到适宜生存的星球上。这已经是他半年内第二次发出类似惊人之语了。

美国航空航天局(NASA)局长格里芬也曾表示，从历史来看，单独一颗行星上的物种是不可能永久生存下来的。“我们有确凿的证据表明，平均每3000万年，地球物种就会遭遇大规模毁灭；有一天我们一定会移民外星，但我不知道那一天会是什么时候”。

移居目的地有四大标准

移民外星有哪些困难需要克服，何时才能实现呢？

移民外星第一关：往哪里移。20世纪初，曾有人认为 火星和金星可能是不错的选择，但NASA很快发现，环绕太阳的其他行星都不适合我们生存。一个在金星表面的人将不得不在足以将铅熔化的温度下生活。至于火星，由于它的大气压力过低，在上面生活就像住在两倍于珠穆朗玛峰的高度上。

华盛顿卡内基研究所的天文学家玛格丽特·特恩巴尔博士总结出“最适合生命生存的星系”的四大标准：1、至少存在30亿年，这样才足以形成行星并发展出复杂生命体；2、中心恒星体积不能超过太阳的1.5倍，否则难以产生适合生命生存的行星；3、应有足够多的铁元素，才能形成类地行星；4、中心恒星应处于既非红巨星、也非白矮星的发展阶段，这样周围行星上的复杂生命体才有足够长的生存时间。按照这一标准，他推断在宇宙中有5个符合标准的星系：一是距离地球26光年的猎犬座BetaCVn；二是距离地球42光年的HD10307；三是金属元素含量约为太阳一半的HD211415；四是天蝎座Sco18；五是飞马座51。

第二关：人类如何才能到达这些星球？据计算，离地球最近的半人马座α星大约有4.23光年远，如果按照 航天飞机现在的速度，需要15.8万年才能到达。这就需要制造出和光速一样快的交通工具才行。美国科幻电影《星际旅行》中就设置了这样一个背景：21世纪中期，工程师科柯伦发明了可以超光速旅行的“曲翘发动机”。由于“曲翘技术”是进入银河文明大家庭的门槛，人类遂被接纳入星际联邦，文明程度踏上了一个新台阶。而现实中，科学家正在向这一目标迈进。据《新科学家》杂志报道，美国空军和NASA目前正在秘密研究一种“超空间发动机”。据称，科学家有望在5年内制造出“超空间发动机”的样机并进行测试。一旦证明“超空间发动机”可行，那么由地球前往火星只需3小时，由地球前往距离11光年的星球只需80天。也有科学家预测，真正能制造出适合的宇宙飞船并启程飞往目的地星球的时间是26世纪，而预计抵达时间将是公元12500年。

第三关：到达星球后，如何解决人类的生命保障问题。美俄等国已在空间站上培育了豌豆、小麦、玉米、稻谷、洋葱、兰花等100多种植物，果蝇、蜘蛛、鱼类等动物在失重状态下也可以生长、繁育。如果这种技术能应用到未来星球上，人类的生存问题就容易解决了。

但长期在失重状态下生活，人类能否繁衍也是一个问题。一位法国科学家发现，在失重状态下，活细胞的重要结构不能正常成形。这就意味着人类不能在接近失重状态下长期生活和繁殖。不过有科学家表示，人类在另一星球定居后，人种和身体结构也将随环境发生变化，也许繁衍的问题可以用另外的方式完成。

重返地球

移居其他星球似乎看起来希望渺茫，不过可不可以换一种思路呢？美国普林斯顿大学的奥尼尔博士认为，最好的办法是在太空中建造个太空城，逐步把人类都移居到太空城中。恢复几百年甚至上千年后，地球会在没有人干预的情况下，变得动物成群、风调雨顺，人类还可以重返地球。

奥尼尔设想的太空城由一对圆筒组成。太空城内壁建有适于植物生长的自然环境。太空城内有道路、居住区、商业区、工作区等。太空城的一端是太阳能发电站，另一端是航天飞机或宇宙飞船停泊的舱口。

成都学子设计太空城市

“竞标”任务

25小时内以极限设计的方式，在水星熔岩管中完成一个可容纳250人施工的采矿基地设计

什么方案能“中标”

考虑到水星熔岩管的空间有限，创新地采用了模块化的功能设计，使工人们能够根据自己的实际需求，自由选择功能模块，组合自己的居住户型。除了采矿基地设计方案，还为“甲方”做了商业企划书

在水星轨道上规划一座1.4万人居住的太空城市；在水星熔岩管中完成一个可容纳250人施工的采矿基地设计。这分别是今年国际太空城市设计大赛中国区初赛和决赛的题目。

在“十一”期间举行的决赛中，由成都外国语学校、北京十一学校、杭州第二中学、余姚中学和山东省实验中学组成的Rockdonnell“公司”摘得了本次大赛的冠军。其中，成都外国语学校、北京十一学校和杭州第二中学将代表中国，参加明年1月底在印度新德里举行的亚洲区半决赛，争夺前往美国肯尼迪宇航中心参加国际总决赛的入场券。此外，首次参加此项赛事的成外，另一支参赛队伍在决赛中也取得了中国区亚军的好成绩。

冠军 设计

不仅仅需要创新

还需要考虑到如何盈利

今年国际太空城市设计大赛中国区决赛的题目要求是：在25小时内以极限设计的方式，在水星熔岩管中完成一个可容纳250人施工的采矿基地设计。按照比赛规则，在决赛（现场赛）阶段，获得参赛资格的队伍要通过抽签的形式，随机与其他队伍联合组成一个“公司”，然后通过紧密合作在规定时间内完成方案设计。

“评审在点评我们的设计时，列了有五六个亮点。”今年高三的成外冠军队队长，同时也在决赛中担任“公司总裁”的裘释凯说，“其中最大的一个亮点应该是，我们是全场唯一一支既做了采矿基地设计方案，又做了商业企划书的队伍。”

裘释凯解释说，决赛其实相当于“竞标”，作为一家参与“竞标”的“公司”，他们不仅要为甲方做出漂亮的设计，还应从甲方的利益出发，为他们做好工程预算，以及如何盈利、几年能够收回成本等，这才算是一个完整的方案。

不仅如此，冠军设计中也有诸多创新的地方。例如250位工人的居住区，考虑到水星熔岩管的空间有限，为了给工人提供尽可能舒适的居住环境，于是创新地采用了模块化的功能设计，工人们能够根据自己的实际需求，自由选择功能模块，组合自己的居住户型。

此外，他们也是唯一一支在设计方案中列出了引用文献的队伍，“这只是一个细节，但是体现了学术的严谨以及对他人研究成果的尊重。”裘释凯说。

冠军 团队

需要一位把控全局的“霸道总裁”

要在25小时以内完成一项太空设计，对于中学生而言并非易事，何况这支队伍还是通过现场抽签随机组成的。谁来统领这支由多所学校的学生临时组成的参赛队伍，那一定需要一位能够把控全局的“霸道总裁”。抽签结果出来以后，通过一系列演讲和辩论，裘释凯得到了队员们的一致推荐，毫无悬念地成为了这位“总裁”。

“在整个项目中，我不负责做具体的设计，我的主要工作就是将队员分成多个部门，并给每个部门安排好工作，且定好每项工作的完成时间。”裘释凯说，他通过部门负责人了解每项设计的进度，以及各个部门是否需要加派人手，有没有遇到什么难题等，同时还有很多需要决断的问题，“时间有限，我们不能每个问题都来投票商量吧，所以很多事情都需要我做出选择和决定。”

由于设计方案涵盖结构材料、运营、基础设施、人居环境、自动化和机器人，以及工程周期、工程造价等方方面面，因此“公司”所有成员都各自发挥了擅长的部分，“比如有的同学画图很强，那么就主要负责方案的艺术表现，还有会制作3D动画的同学，我们的设计就有一些是通过3D动画来呈现的，这一点也让评审感到很吃惊。”成外参赛队指导老师陈绩介绍说。

冠军 背后

暑假休息时间都没有

不少的软件等都要从0开始

要进行复杂的太空设计，对于高中生而言，其在课堂所学的知识无疑有限，而需要用到的20余种设计软件，其中不少也需要同学们从“零”学起。

陈绩老师说，从去年12月报名参赛，成外有兴趣且有相关特长的同学就迅速组成了两支12人的参赛队伍，一队以裘释凯为队长，二队以钟昆豪为队长，通过四个月的准备，他们首先与全国18个省市、80多所高中的120多支队伍在初赛中进行了较量，并顺利进入决赛。

“整个准备过程也就是从去年12月开始的。”成外参赛队指导老师杨东说，进入决赛后，所有参赛队员暑假都没有休息，学校也对他们进行了两个月的集中培训，同学们分工学习了20余种设计软件，在网上查阅了大量的航空航天资料，同时也翻阅了不少学术文献，负责英语演讲的同学也需要学习更多的英语专业术语和专业表达，“一开始同学们可能会觉得很难，但是进行系统学习以后，大家就会慢慢上手，备战也开始渐入佳境。”

对于此次的参赛感悟，杨东老师总结说，在参赛过程中，同学们将科学、技术、工程学、人文和数学有机结合，共同合作，自主探究，他们的团队协作能力、领导力、工程思维能力、问题解决能力、沟通表达能力等综合素养，都得到了巨大的锻炼。

大赛背景

涉及诸多知识面运用

国际太空城市设计大赛迄今已有30多年历史，是一项国际知名的中学生学术活动，并从一开始就得到了美国国家航空航天局（NASA）的帮助和支持，每年该大赛的国际总决赛都在NASA的宇航中心内举办。

成外参赛队指导老师杨东介绍说，太空城市的设计涉及数学、物理、化学、生命科学、计算机、机械设计、3D建模等方方面面知识的综合运用，还有团队协作能力。每一个细节设计，都有严谨的物理运算作支撑。