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美国宇航局太空定居研究
太空城市，或称太空殖民地，在20世纪70年代中期首次受到了认真的关注，主要是由美国宇航局发起的两项研究引起的，该研究由杰拉德·奥尼尔博士领导，于1975年和1976年的夏天在斯坦福大学进行。这些研究的参与者出版的书籍和文章最初出现在航空航天技术社区，最终通过读书俱乐部和普通发行的杂志得到普及。科幻作家写的故事和小说都是关于生活在太空定居点的人物的。技术学会举办会议，展示建造和操作的细节。建筑师们设计了原型社区，作为人类如何在太空生活的模型。大学学位是通过关于太空定居点设计的硕士论文获得的。在他们最受欢迎的时候，反主流文化的《Whole Earth Catalog》热衷于太空殖民地的概念，蒂莫西·利里博士(没错，就是那个LSD的人)做了巡回演讲，还在电视和广播上做了采访节目，谈论太空生活将会有多美好。
从一开始，关于在太空定居城市最具争议的问题就是巨大的开发、维护和后勤成本，主要是由于将数千吨的货物和材料发射到轨道的费用。为了实现这一概念，必须找到一种令人信服的经济必要性，并在20世纪70年代初的能源危机和石油禁运中方便地体现出来。太阳能卫星成为了解决能源危机的一个几乎显而易见的方案:在太空中建造一个宽达3英里、长20英里的结构，用太阳能电池板覆盖结构，并产生1000亿瓦的电力。然而，这样的大型结构将需要人类来建造，并需要人类的关注来维护。对太阳能卫星的需求会很大，所以我们需要为建造者提供在太空生活的场所，而太空定居点将提供一个让他们感觉像在家里一样的环境。这整个场景可能有点天真，但研究完成了，梦想被点燃了，很多人决定，他们将准备好收拾好自己的东西，在第一个太空定居点准备就绪后，就去太空的新边疆生活。一个名为L5协会的组织成立了，在章程中宣布，它的最后一次会议将在第一个太空殖民地举行，当时它存在的目的已经实现(L5协会与国家太空协会合并，因此，章程条款不再存在)。
虽然有很多关于太空定居点的概念，但20世纪70年代的研究产生了三种主要的设计，每一种都以某种不同的方法解决了设计挑战。图1a显示了斯坦福环面的外部视图，
nasa赞助的研究将该设计发展到了令人印象深刻的细节水平。该环面直径为1英里，以1转/分的速度旋转，以产生1 g的加速度来模拟重力。环面内部的横截面约为420英尺，里面可以容纳居住1万人，以及维持他们所需的所有农业作物和服务。其他主要特征是“漂浮”在居民点上方的一面大镜子，将阳光反射到太阳能电池板上发电，以及围绕枢纽的较小镜子，然后将日光直接进入环面的生活区;以及将用于太阳能卫星建设的精炼月球矿石的设施，该设施通过一个6英里长的运输管与居住区隔离。图1b代表了斯坦福环面的一个居住区，显示了设计师设想的一个有开放空间、绿色植物和低层住宅的环境。一些艺术家的斯坦福环面内部视图显示了小溪和慢跑小径。
图2a所示的伯纳尔球体(Bernal Sphere)是一种球形的方法来解决设计问题。这一设计也适用于1万人口，他们将居住在中间的球形体量中。阳光通过球面部分的任一“末端”的镜子射入球体内部。带状的环面，从居住球体的两侧延伸，容纳了农业区域。这种形状使建筑更容易，并且可以在不同的环面中保持不同的气候或季节，以便种植各种作物。图2b显示了伯纳尔球体的内部视图，再次说明了设计师优先提供绿色区域和低密度住宅的外观。
最雄心勃勃的太空城市设计是3号岛，如图3a所示。这两个反向旋转的圆柱体直径4英里，长20英里，据称足以容纳1000万人口。这些圆柱体由三个大约两英里宽的陆地区域组成，与三个相同宽度的窗口区域交替;从每个圆柱体的一端倾斜的镜子将阳光反射到窗户里。环绕在每个圆柱体另一端的小吊舱提供了农业和制造业区域。图3b所示的内部视图描绘了几乎是农村的人口密度;书面描述指出，村庄般的人口中心散布在数百平方英里的地形上。
太空城市设计者的普遍共识是，这些建筑的一个合理地点是在地球-月球振动点之一。在一个系统中，一个大天体在一个大得多的天体周围的轨道上运行(例如，月球在地球周围的轨道上运行)，有五个拉格朗日振动点;在这些地方，来自两个物体的引力会“平衡”，使沉降物相对于两个物体能够停留在一个点上。
图4显示了这些被称为“振动点”的地方。“L4”和“L5”是五个点中最稳定的;它们的轨道与月球的轨道相同，在两个方向上都是月球所在位置的六分之一(相当于木星-太阳系统中特洛伊小行星聚集的位置)。由于太阳系中其他天体的扰动，这些不是离散的斑点;放置在这些区域的物体会进入实际点周围的大轨道。事实上，大量的空间设施可以被放置在L4和L5的“位置”。其他三个振动点的作用有点像“鞍座”——如果一个物体受到扰动并漂移了一小段距离，它将倾向于继续漂移，直到它假定了一个更正常的轨道路径。然而，如果利用它们的引擎不断地将它们推回到它们所属的位置，那么这些物体就可以被保持在这些位置。
在NASA的太空城市研究中，一些最好的数据来自于对人类需求的分析。本文摘录了展示这些数据的一些表格。
20世纪70年代末，NASA停止了对太空城市研究的资助，人们的热情也逐渐减退。大多数人都忘记了能源危机，有一段时间，航天爱好者的首要任务是拯救任何载人航天计划。只有少数人表达了这样的信念:尽管他们知道人们所希望的时间表(“95年L5 !”)不会实现，但人类最终还是不可避免地会大规模地生活在太空中。
然而，在过去的几年里，越来越多勇敢的人开始重新考虑在太空中建立大规模栖息地的想法，一些敢于冒险的个人也再次宣传太阳能卫星(Solar Power satellite)是替代传统发电厂的合理选择。重新严肃考虑太空定居点问题的关键在于运输成本。政府和工业界开始展示出开发运载火箭的决心，这种运载火箭可以将有效载荷送入轨道，成本低至每磅500美元。这仍然是一笔巨大的开支，但这使得一些商业冒险变得可行，在今天每磅2500美元到1万美元的发射成本下，这些商业冒险不可能产生利润。也终于有了一个资金资助的重返月球任务计划;建立月球基地可能导致采矿作业，这将为太空定居点建设提供相对廉价的材料来源。
表1。社区空间和面积分配概况(摘自1975年NASA夏季研究)
| 空间使用 | 表面积 要求 (平方米/人) | 估计Ht。 (m) |
|---|---|---|
| 住宅 | 49 | 3. |
| 业务 | ||
| 商店 | 2.3 | 4 |
| 办公室 | 1 | 4 |
| 公众和半公开的 | ||
| 学校 | 1 | 3.8 |
| 医院 | 0.3 | 5 |
| 组装(教堂/大厅) | 1.5 | 10 |
| 矩形。和娱乐 | 1 | 3. |
| 公共开放空间 | 10 | 50 |
| 服务行业 | 4 | 6 |
| 存储 | 5 | 3.2 |
| 运输 | 12 | 6 |
| 混杂。基础设施 | 7.1 | 4 |
| 农业 | ||
| 植物栽培区域 | 44 | 15 |
| 动物的地区 | 5 | 15 |
| 食品加工、收集、储存等。 | 4 | 15 |
| 农业干燥地区 | 8 | 15 |
| 总计 | 155.2 |
表2。平均每日太空定居饮食(g /人)(来自1975年NASA夏季研究)
| 源 | 量 g | 源 | 卡尔的 (千卡) | 碳水化合物 (g) | 脂肪 (g) | 蛋白质 (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 肉 | 鳟鱼 | 40 | 78 | 0 | 4.6 | 8.6 |
| 兔子 | 40 | 64 | 0 | 3.2 | 8.4 | |
| 牛肉 | 40 | 142 | 0 | 12.8 | 6.3 | |
| 鸡 | 40 | 49 | 0 | 1.3 | 8.8 | |
| 生产 | 鸡蛋 | 24 | 39 | 0.2 | 2.8 | 3.1 |
| 牛奶 | 500 | 330 | 24.5 | 19.0 | 17.5 | |
| 干燥的植物生产 | 小麦 | 180 | 608 | 130.1 | 3.6 | 24.3 |
| 大米 | One hundred. | 363 | 80.4 | 0.4 | 6.7 | |
| 糖 | One hundred. | 385 | 99.5 | 0 | 0 | |
| 蔬菜 和水果 | 胡萝卜 | One hundred. | 42 | 9.7 | 0.2 | 1.1 |
| 生菜 | One hundred. | 14 | 2.5 | 0.2 | 1.2 | |
| 豌豆 | 150 | 126 | 21.6 | 0.6 | 9.5 | |
| 苹果 | One hundred. | 56 | 14.1 | 0.6 | 0.2 | |
| 土豆 | One hundred. | 76 | 17.1 | 0.1 | 2.1 | |
| 番茄 | One hundred. | 22 | 4.7 | 0.2 | 1.1 | |
| 橙色 | One hundred. | 51 | 12.7 | 0.1 | 1.3 | |
| 总数 | 1814 | 2445 | 417.1 | 49.7 | 100.2 |
注:目前对人类营养和健康的理解可能会改变推荐的饮食
图3。动物性食品需求(来自1975年NASA夏季研究)
牛肉:11人1头
16个月后收获400公斤
1 / 11 250公斤牛的代谢需要量
高粱混料300克/天
大豆混料200 g /天
烤鸡:5.6只鸡/人
25周后收获2.6 kg
代谢需要量为5.6 kg，每只1.1 kg
37 g鱼粉/天
大豆150克/天
兔子
125天后，3.4 kg时收获
2.8只兔的代谢需要量为1.8 kg /只
高粱100克/天
大豆100克/天
20克玉米/天
奶牛
400克奶牛每天产奶12.45公斤
400公斤时1 / 16.6头奶牛的代谢需要量
高粱混料350克/天
大豆混料100克/天
蛋鸡
1.5 kg的母鸡每周下5只蛋，54 g/只蛋
6/10只母鸡的代谢需要量为1.5 kg
20克大豆/天
30克玉米/天
鱼
一年内以2公斤收获
26条每条1公斤鱼的代谢需要量
大豆100克/天
81 g动物餐/天
图4。作物产量(来自1975年NASA夏季研究)
预期解决的收益率
作物克/平方米/季节克/平方米/天
(天)
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小麦2800 90 31
水稻3192 90 35
大豆1800 90 20
玉米5300 90 58
高粱7560 90 83
西红柿
生菜9240 70 132
