O'Neill Cylinder太空艙

人類早晚有一天要居住到太空裏，不僅為了臨時到那裏工作，而是永久地在那裏生活下去，這並不是什麼最新的創意。在20世紀初，康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基已經考慮過這種可能性，繼之，30年後，英國物理學家約翰·戴斯蒙德·波爾諾(JohnDesmond Bernal)做出構想，之後，很多科學幻想作家紛紛寫出它們的奇思妙想。這些小説家們並不花時間討論建設和管理太空殖民地的細節，照他們的設想，那樣的工程項目只是遙遙無期未來的事。

在20世紀70年代初，在普林斯頓的美國物理學家，傑拉德·奧尼爾(Gerard 0’Neill)重新發掘了這些設想，並在他的學生的協助下，進行了定量的研究。結果令人信服，他認為這樣的工程項目可以變成現實，並依據研究結果寫成一本書《最前沿》(The High Frontier)。該書在1977年出版後，受到美國公眾的廣泛讚譽。 ^[2] 

按照奧尼爾的觀點，人們之所以終究要居住到太空中，有多種理由。首先，工業生產活動可以集中到那裏去。這就可以避免了繼續的環境污染，避免耗盡地球資源；其次，對於地球日益增長的人口來説，太空可以提供迫切急需的生活空間；最後，在太空可以建立一種全新社會體制，不受地面政府的約束，最終實現古老的烏托邦的夢想。有人認為，這樣的論述太過於天真。評論者認為，只要實行計劃生育、加強工業生產的管理、為了改善社會環境大家一起做出努力，同樣的目標在地球上也可以實現。可是，人類長期的歷史經驗反反覆覆地多次證明，這樣的想法比起移居太空，更為天真、更為幼稚、更為烏托邦。我們已經證明，我們可以掌握在太空中航行和工作的問題。然而，我們並不能證明，我們可以掌握我們自己生活中光怪陸離的方方面面。 ^[1] 

1974年，普林斯頓（Princeton）的物理學家傑拉德·K·奧尼爾（Gerard K. O’Neill）撰寫了一篇論文，這篇論文會啓發未來數年的多項計劃。奧尼爾專注於將人類文明帶出地球，落户宇宙。他計劃建造大型外太空殖民地，讓人們生活在一個巨大的圓柱體中，即奧尼爾圓柱體（O’Neill Cylinders）。他的設計堪稱未來主義思想的巔峯之作。

奧尼爾圓柱體是一種巨型玻璃管道，長達30千米（20英里），每一個都將懸浮在月球軌道的第5拉格朗日點（L5）上。

奧尼爾的大圓筒圍繞着自身的軸線旋轉，每分鐘一次，在環形的內壁模擬出地面的重力(人工重力)。可是它的週期太短了，不足以構成正確的晝夜循環。為了達到晝夜的效果，作了一套巧妙的安排。在圓筒外面安排3塊鋁製鏡面，跟着圓筒一起旋轉。沿軸向，在圓柱面上開了3扇大窗，鏡面反射的陽光透過窗玻璃射入殖民地。每一扇窗恰好正對着殖民地內的一塊生活區，也就是説整個圓筒包含3塊生活區，中間隔着3塊透明的大牆。這6塊面積都是一樣的。白天的長度就是利用打開和關閉這3塊鏡面進行控制。到了夜晚，鏡面就覆蓋在透明的牆面上。這一套安排，也可以控制殖民地內接受到的太陽能量的大小，以便調節平均温度和模擬季節變化。

太陽能接受板佈置在圓筒的一端，提供殖民地所需的能源。系統的軸線指向太陽，以保證接受板面永遠正對着日光。一個孤零零的圓筒難以維持到如此恰當的位置。由於月亮和地球的重力作用，很容易失去穩定狀態。奧尼爾提出了一套更能保障穩定的裝置方案，將兩個圓筒連接到一起，並使他們按照相反的方向旋轉。這樣就不必配置用於起均衡穩定作用的火箭。鏡面組能為兩個圓筒造成季節變化，一個處於夏季，另一個處於冬季。其中的居民可以很容易地從這個季節走到另一個季節，以享受幾天氣候迥異的假日。

圓筒內，整個充滿了大氣，再加上厚實的筒壁，用以保護其中的居民不受太陽風和宇宙射線中的粒子侵襲。在其中，沒有地震、沒有火山爆發、沒有水災，也沒有狂風暴雨，惟一能夠降臨在他們頭上的自然災害就是小行星的撞擊。這樣的物體在太空，以幾十千米每秒的速度飛行。幸運之極，遭遇它們的幾率，隨被撞擊物體的質量減小而急劇減少。在地球附近，在1000平方千米的面積上，大約每100萬年只能碰上一塊質量大於1噸的小行星。質量大於10克的投射物就可以把圓筒上的玻璃屏幕打穿。而這樣的流星體比質量重大的要頻繁得多。同樣在1 000平方千米的面積上，每年都會碰到一個。由於圓筒內大氣的質量相當大，不至於在短時間內大量逸出，所以有充分的時間進行修理。只要持續不斷地監視着這些玻璃窗，即使極其輕微的這類事故，也能立即發現，及時修理。因而小型撞擊是可以承受的。

生活區的人們由附近大圓筒獲得生活資料供應，那裏是專門的農業區和畜牧區。這些圓筒農場的重力作用輕微、氣候温暖潮濕。在如此良好和肥沃的環境裏，樹木、水果和蔬菜不需要殺蟲劑。絕大部分的工作都由遙控的機器人來完成。在各個不同的圓筒農場內，可以適時交錯地安排成特定需要的季節，居民們全年都可以獲得不同季節的新鮮產品。 ^[1] 

奧尼爾的太空殖民地將建立在地球月亮系統的拉格朗日點L4和L5上。這樣，從地球或從月球同樣都可以進行訪問。任何物體，只要位於其中某個點的附近，即大約半徑為50000千米的範圍內，則由於地球和月球的重力作用，就會處於一條穩定的軌道上。對於大量的殖民地來説，這是一處理想的選址。如果首次試驗性的入住成功，那麼大量各種規模的奧尼爾圓筒居住區，將快速增加。在該範圍內的總人口將有可能達到幾十億。

建設太空殖民地需要非常巨大數量的物資材料。即使體積最小的圓筒居住地，其總重也要超過50萬噸，其中佔比例最大的要算框架和底板。這些材料並不能完全依靠地球供應。奧尼爾建議利用電磁投射器，從月球運過來。他在普林斯頓建立了若干個小型的原型，深入地研究過科拉克的月輸牀(Lunartron)，並且得出結論，利用月輸牀這種方式，對於人口超過10萬的模型並不適用，因為需要的材料數量太大，那得需要幾千萬噸的運輸量。在這種情況下，他建議從太陽系的其他地點採集物資，就是從小行星上採集。這是經常飛向地球的空間物體。

奧尼爾估算了首座太空殖民地的費用，約為300億美元，相當於阿波羅計劃的費用。再增建新的殖民地，每一套的花費將會有所減少，因為一大批的人員和裝備已經到位。按照奧尼爾最初的估計，首批殖民地將在20世紀80年代末開始，那麼到了21世紀初，那裏應該已經有幾萬人在生活了。 ^[1]