第247章 殖民飞船生活（1/1）
李水旺新一期视频：
今天，我们將探討在殖民地或殖民飞船上的生活可能是什么样子。今天我们主要关注那些飞船，大多是星际飞船，但也包括我们可能在太阳系內使用的飞船，我们將从这些飞船开始，介绍一些关於飞船尺寸的概念。不过，我们对它们如何从a点到达b点並不太感兴趣。对於星际飞船，我將假设它们至少拥有可行的核聚变技术，不过正如我们之前所討论的，我们確实有仅依靠太阳能和裂变技术组合的星际扩张方案。现在，要弄清楚在殖民飞船上的生活是什么样子，我们需要了解关於这艘飞船及其任务的许多细节，所以今天我们將构建一个虚构的故事来帮助我们理解。我们將对船员、任务、飞船和技术做出一些假设，但在讲述过程中，我会简要提及其他可能的情况。我还想补充一点，我的假设不会基於我认为最有可能发生的情况，而是基於我认为最能说明这些概念的情况。
因此，我们將探討两种场景和两艘飞船。第一艘是前往土星的殖民飞船，我们姑且设定它將搭载200人，从出发到抵达全程耗时2年。第二艘是前往距离地球12光年的teti星的星际殖民飞船，它將容纳20万人，抵达目的地需要120年。为了便於理解，我將第一艘飞船命名为“许珀里翁號”，因为它的目的地是土星的卫星许珀里翁；我將星际飞船命名为“团结號”，这是我最喜欢的太空殖民游戏《半人马座阿尔法星》中搭载人们前往那里的飞船名称，还有就是我的老家真有个叫团结的村子。
现在我们还假设，“许珀里翁號”是最早的核聚变动力飞船之一，其技术仍然非常不成熟且不稳定，只能维持生命支持系统和离子推进器的运行。“许珀里翁號”也有明確的任务：抵达与它同名的卫星，开始採矿並製造一个太空电梯，用於其邻近的土卫六——那里计划建立一个规模大得多的殖民地。“许珀里翁號”是一艘相当大的飞船，人们將在上面生活2年，而且它必须在太空中建造。它的总长约200米，宽和高约50米，总质量约为10万吨，与一艘航空母舰相当，不过其中大部分是离子推进器所需的反应物质。但所有人都居住在居住模块中，该模块由10个嵌套的圆柱体组成，每个圆柱体之间的间距略高於身高，並且以每分钟6圈的速度旋转，以在最外层的底层模擬1g的標准重力，而上方一层的重力则会减小90%。嵌套式分层旋转居住舱的一个便利之处在於，如果所有舱体都以相同的速度旋转，它们的重力和可用地板空间与半径成正比——因此，宽度只有最外层一半的圆柱体，其重力和地板面积也只有最外层的一半。我们有10个这样的圆柱体，所以重力分別为10%、20%、30%等等。居住模块的长度与其宽度大致相当，仅占飞船的四分之一。在它的外部还有一层非旋转层，带有真空隔套以减少摩擦，人们通过第一层甲板上的两个连接通道进出居住模块——这基本上就是两个连接通道之间的一条长廊，里面有梯子和楼梯通往飞船的其他部分。飞船的其余部分（占大部分）是加压的，但没有重力，且温度较低，全部用於存放货物、燃料，还有几个不需要重力或重力可能会带来不便的车间。那些前往那里领取物资或在车间工作的人需要穿毛衣，车间里也配备了取暖器。负责维护髮动机和动力装置以防止其故障的工程师们就在这里工作，所以难怪他们往往是一群脾气暴躁的人。不管怎样，船上总得有人脾气不好，我可不希望这个人是医生。我知道船上的医生按理说应该是那种不拘小节的人，可能在给你检查时还会抽著烟，但他们总得保持友善。
稍后我们会看到，这並不是一次强制殖民任务。在离太阳更近的地方已经有大量的殖民地，大多依靠太阳能供电，为环绕地球和其他地方的大型工业综合体提供所有的金属原料。这些殖民地已经存在了足够长的时间，它们希望进一步扩张，但要实现这一点，它们需要在当地种植更多的粮食，而种植粮食需要氮气——它们需要数千吨的氮气。这就是为什么拥有浓厚氮的土卫六现在成为了一个理想的殖民地。一旦那里的太空电梯建成，就能够以低廉的成本將大量氮气运往太阳系內层的各个殖民地。“许珀里翁號”的任务就是製造这部太空电梯，並建立码头和工业设施，为土卫六的快速扩张做准备。招募船员的过程並不容易——这並不是一份有声望的工作，而且太空旅行现在也不再那么令人嚮往了。已经有数百万人在太空中生活和工作，儘管大多数人是在近地轨道。因此，为期2年、前往偏远边缘地带的旅程，並没有让招募中心外排起长队。这给船长、厨师和医生的工作带来了一些麻烦。出发时他们发现，受僱招募所有矿工和製造团队的公司变得有些急於求成，只要具备相关技能，不管是谁都会录用——其中许多人没有太多过往经歷，或者更准確地说，他们可能有丰富的经歷，但只是想把这一切都拋在脑后。所以当我们的医生打开病人的档案和病史时，惊恐地发现几乎一半的档案只包含姓名、年龄和血型，其他什么都没有。这也不是一次科学航行，所以他没有任何先进的dna分析仪。
我们可以想像他在接下来的2年里在船上的生活：早上喝杯咖啡，然后一整天都在看诊（紧急情况除外），当然还要给那些看似身体健康的人进行体检，同时还要试图从沉默寡言的船员那里打探到关於他们自己和家族病史的信息——许多人在被问及家族病史时会变得敏感、迴避，甚至愤怒。此外，他还得应付船上的疑病症患者，这个人坚信自己患上了人类已知的所有疾病，包括一些虚构的疾病；而船上的心理医生还没来得及处理这个问题，因为他正忙著对付飞船的导航员戴夫——戴夫坚信飞船的电脑想要害他。除此之外，船长还一直缠著他，想让他看看自己收集的船员档案，因为船长也面临著同样的问题：想要了解每个人的背景，但手头的人事档案却寥寥无几。上次他以病人隱私保护为由拒绝提供这些档案时，船长详细地告诉他可以去哪里投诉所谓的“隱私保护”问题。
再来看看厨师，他大部分时间都待在重力较低的上层甲板，因为植物对重力的要求不高，只需依靠重力来定位自己。上层甲板的大部分区域都用於水培种植，甚至第一层甲板（主要是一条宽阔的走廊）上也到处都是植物。有几十名船员在这些区域工作，专门种植粮食，以补充物资储备。厨师经常和他的助手们一起到那里採摘植物用於烹飪，还会和飞船的生物学家爭论应该种植什么作物。对於持续时间不到几年的旅程来说，种植粮食其实並没有太多实际好处，除了能为饮食补充一些新鲜农產品，以及帮助循环利用空气和水。如果有必要，一个人一年的粮食可以压缩存放在一立方米的空间里，而且存在一个临界点：种植粮食所需的所有设备的总质量，会超过这些设备所能种植出的粮食的质量。但他们的殖民地预计將实现粮食自给自足，所以现在他们正把所有多余的空间都改造成菜园，以进一步延长原始物资的使用时间，並让更多人接受相关种植培训。製造团队也一直在练习將之前储存粮食的包装材料回收利用，製作更多的水培托盘。现在也不仅仅是水培种植了——飞船出发时並没有携带任何堆肥和土壤，但现在每天都会增加大约100公斤的堆肥和土壤，而这恰好与每天消耗的粮食的乾重相当。他们也不是素食主义者，所以船上还饲养了鸡、鱼和一些山羊——没有养牛，因为牛太重且太脏，但山羊可以提供一些乳製品（羊奶），鸡可以下蛋，而鱼则与水培系统紧密相连。
船上还有其他动物：在太空飞行的歷史上，曾经有一些懒惰的科学家让实验室的老鼠逃跑了，从那以后，飞船和空间站上就一直有老鼠存在。这也给了人们养猫的理由，接著又开始养狗——因为如果爱猫人士能带上他们的宠物，就不能把人类最好的朋友（狗）落下。当然还有宠物，因为它们更有用。现在所有人都住在底层甲板，那里的重力是正常的。那里一点也不拥挤：底层甲板的地板面积接近8000平方米，而船上只有200人。即使每个人分配到一个相当舒適的10平方米的私人舱室，也只使用了该甲板面积的四分之一，其余部分则是公共区域，比如健身房、自助餐厅、浴室等等。我们会发现，隨著太空飞行技术的不断发展，飞船的居住空间往往会越来越大。我们之前已经討论过这一点，我们曾经更具体地探討了每个人需要多少能量才能为植物製造人工阳光，而这背后的关键是：人口数量基本上受到散热能力的限制——在太空中，散热只能通过辐射实现，而辐射能力又取决於飞船的外表面面积。这一点对於我们的“许珀里翁號”来说目前还不是问题，但对於我们即將討论的星际飞船“团结號”来说，这將是一个巨大的挑战。我大致估算了一下，要让每个人都能舒適地生活並顺利散发出所有相关热量，每个人所需的外部表面积约为100平方米，这对应的人均功率预算约为40至50千瓦——这其中还包括反应堆在发电过程中產生的热量损失，而这些电能主要用於製造適合植物生长的人工光谱阳光。“许珀里翁號”的船体表面积接近20万平方米，能够散发约100兆瓦的热量，这比维持船员舒適生活所需的热量高出一个数量级，这也是为什么居住模块外部的所有区域都很冷的原因。实际上，这艘飞船本可以搭载更多的人，也许是现在的10倍，但让我们先简要谈谈技术问题，並区分一下客运飞船和殖民飞船。
殖民飞船需要在抵达目的地后建立殖民地，而客运飞船只需要运送人员。我们经常会考虑让机器人先抵达並建造好一切，或者让殖民者不需要携带太多设备，因为他们可以在当地製造所需物品。但这种先让机器人开路、再运送人员，或者不需要携带太多装备的飞船，並不属於殖民飞船——这就像一架客机搭载一些移民从纽约前往奥马哈，即使整架飞机都用来运送计划搬迁並成为农民的人，它也不能被称为“殖民飞机”，因为他们並没有带上拖拉机等必要设备。“许珀里翁號”是一艘真正的殖民飞船，它主要装载的是货物。它將直接降落在许珀里翁卫星的一个陨石坑中，在接下来的几个月甚至几年里，所有人都將继续住在居住模块中，同时展开卸货、扩张和殖民地建设工作。因此，飞船上有大量的货物和充足的空间。他们真正的限制在於如何保持所有人的温暖，因为即使是船体和屏蔽材料，最终也將被回收利用作为建筑材料，並用当地的岩石来替代大部分辐射屏蔽层。如果“许珀里翁號”是一艘客运飞船，每个人可能只需要几千瓦的功率，因为他们只需要种植一些粮食来改善饮食，以及循环利用空气和水。不过，飞船也不会特別拥挤，因为在太空中建造大型飞船相对更容易，而且成本也相对较低。但殖民飞船永远不会拥挤，因为它们需要大量的货舱空间——在太空中，这实际上意味著货物质量，而且许多建筑材料可以起到双重作用，作为船体的一部分。我不仅仅是说这些材料可以被回收利用（任何能够进行太空航行的文明都必须非常擅长回收利用），更重要的是，船体的主要作用是辐射屏蔽，而不是阻挡太空、留住空气——一个像罐头一样薄的船体就足以实现后两者的功能。你可以將展开的太阳能电池板固定在船体上，而不是摺叠起来，以增加屏蔽效果；储水罐、燃料罐等也可以放置在船体部位，起到屏蔽作用。
好了，让我们继续討论星际飞船的情况，我在一集节目中提到，殖民飞船分为五类。今天我们將增加第六类，也就是“团结號”所属的类型。不过，让我们先回顾一下原来的五类：
1.玛士撒拉飞船：飞行时间极长，但船员几乎永生，因此抵达目的地的人和出发时是同一批人。我们假设有人已经破解了无限期或近乎无限期延长生命的方法。
2.休眠飞船：所有或大部分船员在航行期间处於冷冻休眠状態。
3.世代飞船：人们在船上度过正常的一生，由他们的子女、孙辈、曾孙辈等来完成殖民新世界的任务。
4.种子飞船：高度自动化的飞船，通常没有船员，抵达目的地后携带冷冻的dna材料，开始改造行星环境並进行殖民，后续的客运飞船將抵达预先建造好的设施，或者甚至由机器在培养舱中培育人类，並由机器抚养和教育他们。
5.数据飞船：完全跳过有机生命体部分——要么是人类本身被数位化，要么本身就是人工智慧，或者有机成分仅以数字形式存储（毕竟我们可以列印dna）。
但现在我想增加第六类：漫游飞船——这个名称是我上周刚想到的，同时我还想澄清一个关於人体冷冻的误解。首先，低温冷冻技术非常棒，因为它能让我们现在冷冻人类，並希望在未来让他们復活。但我们目前还无法做到这一点，而且很多人忽略了一个事实：让冷冻的人类復活所需的技术，必然也是能够无限期延长人类寿命的技术。我们可能会找到不需要纳米医疗技术就能延长寿命的方法，但要让冷冻后的人类復活，纳米医疗技术是必不可少的。简单来说，解冻人类的能力本身就意味著你一定能够修復与衰老相关的所有损伤。因此，第二类休眠飞船的存在意义並不是为了確保船员不会因年老而死亡——要么让他们全程保持清醒存活，要么让他们处於休眠状態以避免麻烦，但在星际飞船上让人类保持存活从来都不是问题，因为让飞船达到星际速度所需的能量，与维持生命支持系统所需的能量相比，简直是天壤之別。星际飞船的能量限制仅在於如何散发出自身產生的热量，因为即使是为期1000年的航行，维持飞船运行所需的能量也远低於加速和减速所需的能量。即使飞船的速度仅为光速的1%，航行时间为1000年；如果速度提升到光速的10%，达到该速度所需的能量將增加100倍，而航行时间將缩短到原来的十分之一，因此生命支持系统所需的能量在总能量预算中的占比將降至千分之一——而光速1%的飞船所需的生命支持能量，原本就已经远低於加速和减速所需的能量。
现在我们以“团结號”（我们的星际殖民飞船示例）为例，假设它的飞行速度为光速的10%——这大约是核聚变技术所能达到的最高速度。核聚变燃料非常廉价，是宇宙中最丰富的物质，因此在这样的速度下，你可以携带儘可能多的货物。对於更高的速度，有两种主要的替代能源：反物质或黑洞，但它们作为燃料来源可能会非常昂贵。因此，即使拥有这些技术，殖民飞船可能还是会选择较低的速度，以携带更多的设备和人员——速度减半，在相同燃料消耗的情况下，货物装载量可以增加四倍。客运飞船可能会选择更快的速度，种子飞船或数据飞船也是如此，但为大量人员和货物设计的殖民飞船，更適合放慢速度，以便携带更多的设备和人力抵达目的地。因此，人们选择冷冻休眠，只是为了跳过航行过程——因为如果有技术解冻他们，他们也能够实现永生；如果没有这种技术，那么你就只能使用世代飞船，因为你缺乏延长寿命、解冻人类或使用种子飞船/数据飞船的技术。
这就引出了一个问题：殖民的核心目的是扩大人类的生存范围並增加人口数量，因此你更倾向於招募那些喜欢孩子、不介意比家乡生活条件稍艰苦一些的殖民者。至少在他们看来，“艰苦”可能意味著每天需要工作几个小时，或者他们的家只有20个房间。但关键是，殖民飞船上的人口並不是固定不变的。对於永生的玛士撒拉飞船，你可以规定“抵达目的地並建立殖民地之前不准生育”；对於世代飞船，你可以要求人们“生育数量仅够替换因年老和意外死亡的人”。但有趣的是，你其实並不需要这样做，甚至不这样做可能更好。这些飞船將在太空中航行数十年，並且专门设计用於进行大量的在轨建造。它们是人类在太阳系內数十年甚至数百年殖民实践的成果——在太阳系內，殖民地已经能够在当地製造几乎所有所需的物品，而星际殖民地也必须具备在当地製造一切的能力。虽然不是从一开始就能做到，但除了新的技术（可以通过光束向殖民者发送最新的科技突破，儘管由於光速延迟，这些信息会滯后几年），他们需要能够製造所有需要的东西，包括替换所有的生產设备，以及维修飞船所需的任何部件。
首先，“团结號”前往泰坦星的航行需要120年，它並不需要殖民者在出发时就具备完全的技能。无论殖民者是永生的，还是最初殖民者的孙辈，他们都有120年的时间来接受培训。“团结號”不再仅仅是一艘搭载殖民者和殖民设备的飞船，而是一个“製造殖民者和殖民设备的场所”。如果它是一艘世代飞船，那么它需要不断地培养和培训具备所有必要知识和技能的新人，而且这些人可能还需要工作来维护设备。因此，我假设“团结號”是一艘玛士撒拉飞船，其中一半人选择冷冻休眠，另一半人则保持清醒。在抵达目的地之前，他们的人口已经翻倍——航行期间人口增长均衡。此外，他们还收到了来自地球的技术更新，这使得在飞船上生活和未来的殖民工作变得更加容易，这也是他们决定可以生育孩子的原因。他们可能还配备了额外的休眠舱，以容纳那些中途改变主意想要休眠的人，或者作为备用，並且如果需要，他们还可以製造更多的休眠舱。就我个人而言，我无法想像为了缓解无聊而选择冷冻休眠——我认为这艘飞船不会无聊，即使无聊，我也有数千本书、电视剧和电影可以看，而且每年还会有至少同样多的內容从地球发送过来。我甚至可能决定自己创作一些內容——比如在整个航行过程中继续製作这些视频並发送回地球，这些视频抵达地球时可能已经过去了好几年，但对於观眾来说仍然是新的。而且这不是一艘只有几个人或几百人的飞船，而是一艘拥有几十万人的飞船——我们正在將人类迁移到一个新的恆星系统。
因此，让我们將“许珀里翁號”的规模扩大10倍：旋转居住舱的理想直径扩大10倍，这样只需每分钟旋转2圈，就能產生1g的重力，而且这对任何人来说似乎都不会造成任何问题。我们再將长度也扩大10倍，其他方面保持不变。现在这艘飞船的体积是原来的1000倍，但表面积仅为原来的100倍，因此它只能散发100倍的热量，足以舒適地容纳20万人，甚至可能更多。我们假设出发时船上有20万人，其中一半人进入冷冻休眠状態，另一半人保持清醒。抵达目的地时，我们將有10万名休眠者、10万名全程保持清醒的人，以及10万名在航行途中出生的人。由於出发后技术的进步，我们发现如果需要，完全可以再轻鬆容纳10万人——如果重来一次，我们甚至可以让所有30万人都保持清醒。但这次我们抵达时共有30万人，其中许多全程保持清醒或在途中出生的人，已经不再完全愿意在teti星定居——飞船现在已经成为了他们的家。这艘飞船可以维修和补充燃料，而且在前往下一个恆星系统的一个世纪里，他们可以將原材料转化为新的殖民设备。甚至在泰坦星，他们也可以选择扩建飞船。凭藉来自地球和半人马座阿尔法星（那里的星际殖民项目已经启动数十年並稳步运行）的新技术和改进，他们可以更好地殖民下一个恆星系统。
殖民地临时总督在解冻所有休眠者后徵求了大家的意见，结果发现许多人都愿意留在船上，继续前往另一个恆星系统进行殖民。不需要所有人都这样做——在前往下一个目的地的一个世纪里，他们可以生育更多的人。因此，总督决定：“团结號”將在teti星停留几年，帮助建立殖民地、补充燃料和原材料，然后带著所有仍然希望继续航行或中途改变主意的人离开。现在，它本质上成为了一种新型的殖民飞船——我称之为“漫游飞船”，因为它可以不断前往新的太阳系，在航行过程中通过几代人的努力补充人口、製造新的殖民设备，並在每个新的恆星系统留下一部分人建立殖民地。每次都会有人选择留在新的殖民地，其他人则继续留在船上——如此循环往復，直到抵达银河系的边缘。他们也可以选择在某个喜欢的恆星系统永久停留，或者在某个系统停留一个世代，甚至像变形虫一样分裂飞船，形成两艘新的飞船，同时开拓两条新的殖民路线。在很多方面，它不再是一艘前往殖民地的飞船，而是一个移动的殖民地——拥有几十万人，有自己的农场、工厂、学校和大学（用於培训殖民者），还有购物中心、餐厅，甚至可能有地標建筑和纪念碑。例如，在驶向每个新的恆星系统的过程中，它可能会在某个甲板上为每个它建立的殖民地建造一座巨大的纪念碑。它將从地球和它建立的殖民地获取娱乐和科学资源，但也会创造自己的文化，並发展出独特的习俗和传统。
我必须承认，这种一艘接一艘地“播种”新殖民地的漫游飞船，对我来说非常有吸引力。我的意思是，如果你是永生的，我想不出比在一艘驶向银河系边缘的飞船上担任军官更棒的生活方式——每隔几十年停留几年，看看新建立的殖民地。如果感到无聊，你可以留在最新的殖民地，把你的船员名额让给那些在最近一段永恆旅程中出生、认为当船员比当殖民者更有趣的人。我不確定漫游飞船与从地球或人口充足、能够自行建造飞船的新恆星系统不断派出的一次性飞船相比，实际可行性如何，但它们听起来非常酷。而且一个有趣的点是，每个新建立的殖民地都会有背景相似、甚至有亲属关係的邻近殖民地，这可能会让星际间的关係更加融洽。我可以想像自己登上这样一艘飞船，在上面生活数千年，偶尔进入冷冻休眠状態，最终抵达银河系的边缘，然后看著其他星系说“为什么不呢”，然后继续驶向另一个星系。这是一个有趣的白日梦——这也是这个我们的宗旨所在：我们只是试图给这些白日梦增添一点科学的严谨性。
好了，以上就是殖民飞船上的生活。