項(xiàng)目揭示了將人類運(yùn)送到星際的令人興奮的設(shè)計

2024 年 11 月 1 日，由建筑師、工程師、人類學(xué)家和城市規(guī)劃師組成的國際跨學(xué)科團(tuán)隊 Project Hyperion 啟動了載人星際旅行設(shè)計競賽。

該活動由星際研究倡議（i4is），一個總部位于英國的非營利組織，致力于機(jī)器人和人類探索附近恒星周圍的系外行星，并最終定居。參賽者的獎金為 10,000 美元，其任務(wù)是為代船（又名世界飛船）使用當(dāng)前技術(shù)和在不久的將來可能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。

上23 七月， 2025，該組織公布了前三名的比賽獲獎?wù)?，這些獲獎?wù)呤菑娜驁F(tuán)隊提交的數(shù)百個想法中選出的。獲獎作品的選出標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)它們?nèi)绾螡M足所有競賽標(biāo)準(zhǔn)、提供深度細(xì)節(jié)以及整合建筑、工程和社會科學(xué)的設(shè)計方面。

相關(guān)：建造一艘宇宙飛船以承載人類世代相傳的激進(jìn)計劃

簡而言之，前三名獎項(xiàng)授予了那些能夠讓一個社會在資源高度緊張的環(huán)境中維持自身并繁榮的提案，因?yàn)樗麄兲ど狭碎L達(dá)幾個世紀(jì)的旅程，前往另一個宜居星球。

太空探索的挑戰(zhàn)和危險是眾所周知且有據(jù)可查的，包括長時間過境、暴露于輻射、所需物資量以及與其他船員近距離被關(guān)在加壓船內(nèi)的危險。

俗話說“太空難”，但星際旅行尤其困難和危險。對于遠(yuǎn)離地球的任務(wù)來說，補(bǔ)給任務(wù)不僅不是一種選擇，而且航天器到達(dá)最近的恒星所需的時間和精力也令人望而卻步。

代船

正如我們在上一篇文章中提到的，這將需要1,000 至 81,000使用當(dāng)前或技術(shù)上可行的推進(jìn)方法到達(dá)最近的恒星（半人馬座阿爾法星）需要數(shù)年時間。

目前，在人類有生之年從一個恒星系統(tǒng)到下一個恒星系統(tǒng)的唯一方法是定向能推進(jìn)，即配備光帆的克級船只通過激光陣列加速到相對論速度（光速的一小部分）。擬議的概念包括突破性星射和蜂擁而至的比鄰星，兩者都從蜻蜓計劃，i4is 于 2015 年進(jìn)行的一項(xiàng)可行性研究。

自太空時代早期以來，已經(jīng)提出了幾種在合理的時間內(nèi)（幾年到幾十年）向附近恒星發(fā)送載人任務(wù)的方法。然而，這些方法要么昂貴得令人望而卻步，要么需要重大的技術(shù)進(jìn)步、新物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)或它們的組合。

唯一的選擇是開發(fā)能夠容納長途旅行的船員的飛船，這意味著航天器具有生物再生生命支持系統(tǒng)（BLSS） 以及種植食物、回收水和空氣的必要設(shè)備，以及足夠的空間供多代人生活和成長。

自 20 世紀(jì)初以來，這一概念一直通過科幻小說和可行性研究得到探索。已知最早的例子是在 1918 年的文章中終極遷移作者：羅伯特·戈達(dá)德 （Robert H. Goddard），他是“火箭技術(shù)的先驅(qū)”之一，美國宇航局的戈達(dá)德太空飛行中心就是以他的名字命名的。

根據(jù)他的提議，這艘船將由原子能或氫/氧燃料和太陽能的組合提供動力，而船員們將在假死狀態(tài)下度過旅程。

另一位“火箭學(xué)之先祖”康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基 （Konstantin E. Tsiolkovsky） 也在他的文章中談到了多代宇宙飛船的想法地球和人類的未來（1928）。在其中，他描述了一個自給自足的“諾亞方舟”，船員們一直處于清醒狀態(tài)，直到數(shù)千年后到達(dá)目的地。

J. D. Bernal（“伯納爾球體”的發(fā)明者）在 1929 年的文章中對一代飛船進(jìn)行了早期描述世界、肉體和魔鬼，討論了人類進(jìn)化及其在太空中的未來。

1946 年，波蘭裔美國數(shù)學(xué)家斯坦尼斯瓦夫·烏拉姆（曼哈頓計劃的貢獻(xiàn)者）提出了如何將核裝置重新用于太空探索——稱為核脈沖推進(jìn) （NPP）。

1955年，美國宇航局發(fā)射獵戶座計劃，弗里曼·戴森 （Freeman Dyson） 的一項(xiàng)聯(lián)合研究高等研究院通用原子公司研究用于星際旅行的核電站。1963 年，在《有限禁止試驗(yàn)條約》簽署后，該項(xiàng)目被放棄，該條約強(qiáng)制永久禁止在地球軌道上進(jìn)行核試驗(yàn)。

隨后是羅伯特·恩茨曼博士在 1964 年的提議，這是迄今為止對一代飛船最詳細(xì)的描述。這”恩茨曼星艦“將長 600 米（2000 英尺），可容納 200 名初始船員（有擴(kuò)展空間），并依靠氘燃料和聚變反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)相對論速度。

這英國星際協(xié)會（BIS） 進(jìn)行了一項(xiàng)名為代達(dá)羅斯計劃在 1970 年代，它要求一艘兩級聚變動力航天器，在一生中前往巴納德星（距地球 5.9 光年）。

雖然這個概念是針對無人航天器的，但它將繼續(xù)提供信息伊卡洛斯計劃，BIS 和Tau Zero 基金會2009 年。

近年來，美國宇航局高級概念研究所（NIAC）研究了反物質(zhì)用于長期太空任務(wù)的推進(jìn)。這種方法涉及氫原子和反氫原子之間的碰撞，并具有令人難以置信的能量密度和低質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。

2017 年至 2019 年間，F(xiàn)rederic Marin 博士斯特拉斯堡天文臺使用他們自己創(chuàng)建的新型數(shù)值軟件（稱為 HERITAGE）進(jìn)行了一系列高度詳細(xì)的研究。這些研究考慮了一代船的所有必要參數(shù)，包括最小船員人數(shù)、遺傳多樣性和船舶的大小。

獲獎?wù)?/h2>

參賽團(tuán)隊是跨學(xué)科的，需要至少一名建筑設(shè)計師、工程師和社會科學(xué)家（社會學(xué)家、人類學(xué)家等）。每個團(tuán)隊的任務(wù)是建造具有自給自足生態(tài)系統(tǒng)的船只，包括農(nóng)業(yè)、居住和其他必要的生命支持系統(tǒng)，以確保多代人的生存。

根據(jù)比賽規(guī)則，這些船只需要提供：

• 幾個世紀(jì)以來，1,000 ± 500 人的宜居性
• 通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)行人工重力
• 一個確保良好生活條件的社會，包括住所、衣服和其他基本需求等基本供應(yīng)。
• 用于食物、水、廢物和大氣的強(qiáng)大生命支持系統(tǒng)
• 保留文化和技術(shù)的知識轉(zhuǎn)讓機(jī)制

此外，他們的航天器概念需要證明他們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)光速 10% （0.1 c） 的最大速度，在大約 250 年內(nèi)到達(dá)最近的宜居系外行星——比鄰星 b，距離地球約 4.25 光年。

以下參賽作品獲得前三名：

第一名：蛹

Chrysalis 團(tuán)隊來自意大利，包括建筑師和景觀設(shè)計師 Giacomo Infelise;維羅妮卡·馬格利（Veronica Magli），經(jīng)濟(jì)科學(xué)家和創(chuàng)新者;Guido Sbrogio，天體物理學(xué)家和工程師;Nevenka Martinello，環(huán)境工程師和自由藝術(shù)家;和 Federica Chiara Serpe，心理學(xué)家、演員和藝術(shù)家。

他們的船舶設(shè)計由模塊化圓柱形結(jié)構(gòu)組成，最大限度地減少了前部，從而減少了微流星體和軌道碎片（MMOD）碰撞和減小加速和減速階段的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。

該船從頭到尾長 58,000 米（63,430 碼），直徑長 6,000 米（6,560 碼），總質(zhì)量為 24 億公噸（2.65 美噸）。航天器使用直接熔變驅(qū)動（DFD） 推進(jìn)系統(tǒng)和氦 3 （3He） 和氘 （2H 或 D） 燃料可產(chǎn)生 0.1 g （0.98 m/s2） 的加速度。

在經(jīng)歷了一年的加速期后，設(shè)計師預(yù)計至少需要 400 年的旅程，一旦到達(dá)比鄰星 b 即可到達(dá)，然后是一年的減速期。

棲息地包含在前部，具有同軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，由嵌套層組成，包括（從外層到內(nèi)層）糧食生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)、公共空間、住宅和花園、設(shè)施、倉庫層和軸向核心。

每個外殼在整個旅程中不斷旋轉(zhuǎn)，以模擬類地引力，并提供所有必要的住房、基礎(chǔ)設(shè)施、能源和資源來維持其約 600 名居民的船員。船的前部是宇宙穹頂，乘客可以在低重力下觀看宇宙。

該設(shè)計還帶有備用旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的選項(xiàng)，以減少擾動，其中奇數(shù)炮彈順時針旋轉(zhuǎn)，偶數(shù)炮彈逆時針旋轉(zhuǎn)。正如 i4 中所示，在他們的新聞稿:

Chrysalis 以其系統(tǒng)級的連貫性和模塊化棲息地結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計以及整體細(xì)節(jié)深度給評審團(tuán)留下了深刻的印象，其中包括太空制造和南極洲任務(wù)前機(jī)組人員準(zhǔn)備的價值。

其模塊化外殼設(shè)計提高了靈活性和連接性，支持功能性和可擴(kuò)展性。大型圓頂結(jié)構(gòu)增添了戲劇性的電影品質(zhì)，讓人想起科幻經(jīng)典，而整體系統(tǒng)級規(guī)劃——不僅涵蓋建筑，還包括如何建造船只——非常強(qiáng)大。

第二名：世界糧食計劃署極限

世界糧食計劃署極限團(tuán)隊由來自極端環(huán)境設(shè)計工作室在工業(yè)設(shè)計學(xué)院（極端環(huán)境設(shè)計工作室）在克拉科夫。

該團(tuán)隊由Micha? Kracik 博士，DEES 的負(fù)責(zé)人和設(shè)計方法學(xué)系的兼職教授，在麻省理工學(xué)院 （MIT） 進(jìn)行與宇航服設(shè)計相關(guān)的研究。

他們的航天器由一個中心核心和兩個反向旋轉(zhuǎn)環(huán)組成，提供模擬重力，同時反向旋轉(zhuǎn)最大限度地減少科里奧利效應(yīng)。每個環(huán)的直徑為 500 米（~550 碼），包含生活區(qū)、工作空間和社交區(qū)域，分為六個社區(qū)（每個環(huán)三個）。

核心裝有船舶的水培農(nóng)場、能源系統(tǒng)和控制站，并通過一系列帶有電梯的結(jié)構(gòu)臂連接到環(huán)。六個街區(qū)由跑道和人行道連接起來，而通往核心區(qū)的電梯則允許環(huán)形之間的交通，從而實(shí)現(xiàn)不同社區(qū)之間的互動和文化交流。

根據(jù)評審團(tuán)的說法，出于以下原因，這一概念“被修改為整體卓越”：

世界糧食計劃署極端組織特別關(guān)注文化和社會層面，包括服裝和精神空間等概念。它在文化和社會考慮方面表現(xiàn)出色，提供了該領(lǐng)域一些最深思熟慮的想法。

建筑設(shè)計引入了輻射防護(hù)等先進(jìn)技術(shù)，并展示了“出租車艙”和個性化機(jī)組人員服裝等創(chuàng)意。

第三名：Systema Stellare Proximum

第三名獲勝隊伍包括菲利普·科希博士，麥克馬斯特大學(xué)機(jī)械工程教授;醫(yī)生和醫(yī)學(xué)專家揚(yáng)·約翰·伊佩和平面設(shè)計師阿馬里斯·伊莎娜·馬森.

他們的概念是 Systema Stellare Proximum，這是一艘在鏤空的內(nèi)部有兩個反向旋轉(zhuǎn)的斯坦福鳥居的星際飛船小行星核心。該船擁有量子人工智能導(dǎo)航系統(tǒng)，最初將使用核脈沖推進(jìn)，然后在第二級切換到離子推進(jìn)。正如他們在提案中所描述的那樣：

這一年是2320年。人類已經(jīng)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榛谔盏慕?jīng)濟(jì)，并征服了太陽系。人類作為一個物種已經(jīng)取得了先進(jìn)的科學(xué)進(jìn)步，以至于我們已經(jīng)準(zhǔn)備好開始星際探索。

星際鐵路將不僅僅是一個技術(shù)奇跡，它還將標(biāo)志著人類遷徙的歷史性轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這個轉(zhuǎn)折點(diǎn)將在 2080 年之后正式開始。

第一個涉及有情眾生的深空任務(wù)將開始，最初的重點(diǎn)是捕獲或收獲附近的小行星以獲取資源，并開發(fā)一波又一波的機(jī)器人探測器以前往比鄰星-b。

他們的設(shè)計是“仿生學(xué)”的一個例子，大致基于水母的進(jìn)化特征，以降低與深空旅行相關(guān)的風(fēng)險。這包括使用形狀像鈴鐺的小行星殼，類似于水母的頭（或“鈴鐺”），它充當(dāng)盾牌并防止輻射和撞擊。

小行星的前緣由不同密度的材料組成，類似于水母鈴鐺，以消散撞擊帶來的能量。防護(hù)罩還配備了自愈技術(shù)和機(jī)器人，其表面可以不斷修復(fù)受損部分。

仿生學(xué)的另一個例子是脈沖等離子體離子推進(jìn)系統(tǒng)，其靈感來自水母觸手的脈沖運(yùn)動。該船還依靠一群使用靜電推進(jìn)的系留無人機(jī)在需要時將其縱或錨定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

該星際飛船還在其表面整合了一個集成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，可提供態(tài)勢感知、識別潛在資源（或技術(shù)特征）并檢測微流星體撞擊、輻射水平和其他環(huán)境危害。自適應(yīng)導(dǎo)航系統(tǒng)使用這些傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行軌跡調(diào)整，對此進(jìn)行了補(bǔ)充。

內(nèi)部棲息地是一個類似于某些水母物種中的模塊化系統(tǒng)，可以擴(kuò)展和重新配置。生命支持系統(tǒng)是閉環(huán)和生物再生的，利用藻類或其他微生物將廢物轉(zhuǎn)化為食物和氧氣。

此外，星際飛船還采用了水培/魚菜共生系統(tǒng)，用于支持魚類種群（蛋白質(zhì)和脂肪酸的稀薄來源）和凈化水。最后，該飛船采用基于激光的防御系統(tǒng)，瞄準(zhǔn)并蒸發(fā)太小而無法被小行星盾牌阻擋的微流星體。根據(jù)陪審團(tuán)的評估：

Systema Stellare Proximum 以其身臨其境的故事講述而著稱，將技術(shù)、社會和文化方面無縫地聯(lián)系在一起。這個概念提供了一個豐富而富有想象力的敘述，將長期太空居住的社會、技術(shù)和文化方面深思熟慮地編織在一起。

它的故事講述引人入勝，其創(chuàng)意場景探索社區(qū)動態(tài)甚至靈性，強(qiáng)調(diào)共同價值觀在建設(shè)有彈性的代際社會中的作用。

使用小行星作為輻射屏蔽是一種大膽而引人注目的策略，搭配受水母形態(tài)啟發(fā)的視覺沖擊力結(jié)構(gòu)。

除了前三名的參賽作品外，許多提交的作品還獲得了榮譽(yù)獎。

查看Project Hyperion 網(wǎng)站查看獲獎作品的完整列表。

本文最初發(fā)表于今日宇宙.閱讀原文.

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