空间城畅想曲_航天技术
提起空间城，可追溯到数千年前。我们的祖先早就梦想着开发浩瀚的宇宙，他们曾设想月宫的琼楼玉宇。清朝戏剧理论家李渔在其名著《闲情偶寄》中写道：“实者，就事敷陈，不假造作，有根有据之谓也；虚者，空中楼阁，随意构成，无影无形之谓也。”
19  世纪初，随着人们对自然规律认识的逐步深化，陆续出现了一些想象力极其丰富的科学幻想小说。法国作家凡尔纳的《从地球到月球》、《环游月宫》，俄国著名科学家齐奥尔科夫斯基的《地球之外》，都描写了遨游太空，飞往其它星球的引人入胜的故事，而且文章具有很高的思想性和科学性。伟大诗人郭沫若在《天上街市》中写出这样动人的诗篇：“我想那缥缈的空中，定然有美丽的街市。街市上陈列的一切物品，竟然是世上没有的珍奇。”如此美丽的“天上的街市”也一定将由掌握现代高科技的科学家们在太空中一座又一座地建立起来。
人们习惯于把太空比作第八大洲。建造这种地球之外的居民区，将是人类历史发展进程中必不可少的一部分。无数的先辈，为了开拓空间城，曾耗尽了毕生精力，研究设计了许许多多的空间城方案，当然其中一些方案缺乏科学性，不过在当时的科学技术基础上能够大胆设想已是很了不起，对科学技术的进步起到了推动作用。况且还有很多构思与现今的空间城颇有相似之处。人们为了纪念他们在空间城建设中所作的贡献，以他们的名字来命名，以便后来人沿着他们的足迹继续前进。
在前人提出的方案中，有许多值得我们借鉴的。1869 年埃·哈尔在大西洋月刊上发表了题为《砖砌月球》，第一次提出了空间城设计概念。哈尔的空间城，是一座球形的城市，用砖砌成，直径 60 米，可供 37 名乘员居住。该城建筑在离地球 6440 千米的极轨道上，采用莫尔斯电码通信，可用于辅助船舶导航。设想用一个飞轮快速地自旋，从而使空间城逆向转入空间。
1903 年俄国齐奥尔科夫斯基提出了空间城的构思，先分批把部件折叠起来送入空间，然后在空间展开并组装。1923 年又进一步明确提出，该城停留在离地球 2000～3000 千米的高度上，作为地球的卫星。它好像是一个从地球上一点一点地运来补充物资、机器和构件的集散地。1926年齐奥尔科夫斯基设计了一个可以生长树木和植物的自旋式空间城，外形象哑铃，一端是植物生长区，安装着玻璃罩，能使阳光透过，在宇宙温室的内壁种植释放氧气的植物。另一端是密闭区，可与运输飞船对接，储运物资。在通向乘员的居住区内配有通信装置。
1923 年法国赫尔曼·奥伯特设想的空间城，可以作为宇宙飞船飞往外层空间的通信枢纽和加油站，并且可用它来观测地球。它与地球之间的联系，是通过较小的火箭来实现的。在奥伯特空间城内，可建造大型火箭，以便满足使用者的需求。还设想在 100 千米高的轨道上，建造聚集太阳光的太阳反射镜。这种反射镜，可照亮被选定地点的地球表面，如果射束功率足够，还可用于虫灾地区的灭虫，为水量过剩的沼泽地排水，并且可融化一部分极地的冰川。
1928 年勃可利设想在不同的轨道高度上，建造 3 个为 1 组的空间城。 第一个建立在 500 千米高的轨道上，用来观测地球；第二个建在 3000 千米高的轨道上，作为星际宇宙飞行器的发射场；第三个建在椭圆轨道上，作为沟通第一、第二空间城的桥梁。
1928 年雷丁设想了一个空间城。它是由一个乘员居住舱、一个电源舱和一个观测台组成。空间城的形状宛如汽车轮胎，可以围绕中心轮毂旋转，以便在它的周围产生人造重力。它是利用由聚光反射镜、锅炉管道和冷凝器构成的系统，通过太阳光加热而获得动力。该空间城设置在静止轨道上，是一个对地定向观测台，在它上面装有功率大小不等的探测器与计量仪。它的用途有绘制地图、预报天气、导航舰船、观测军事冲突等。
1949 年英国罗斯设计了一个旋转的大型空间城。它是一个可居住 24 名乘员的大型设施，乘员中除工程师、科学家及各类专家外，还配备了 2 名厨师和 4 名勤杂工。这个城可从事气象学和天文学研究，零重力和高真空条件的研究，宇宙中太阳辐射研究，并可进行通信。
1952 年冯·布劳恩在《跨越最后的世界》的论文中指出：“如果我们建造一座空间城，我们不但能维护和平，而且还能朝着联合人类的方向前进一大步”。空间城建立在距地球 900 千米高的极轨道上，该空间城为轮形，宽 250 米，共有三层舱，既是一个极好的观测台站，又是到月球上旅行的一个阶梯，还是探测太阳系的优良跳板。地球上每天总有一二艘飞船满载供应物品停泊到空间城附近。然后再用“空间汽车”或“渡船”把人员和物资从飞船转运至空间城。
1974 年美国普林斯顿大学教授奥尔尼设计了三座大型空间城，掀起了全球范围内研究空间城的新高潮。奥尔尼? 1 号空间城，是一个轮状的圆筒结构，重量为 350 万吨左右，直径约 2 千米，可容纳 1 万人左右。它的外形很象一个叠加起来的自行车内胎。空间城每分钟旋转 1 周，整个居民区的外表面用月球熔渣屏蔽起来，为的是防止宇宙射线对人体的伤害。城内建有住宅、学校及剧场，并建有停靠的“码头”以及通信设备等。奥尔尼? 2 号空间城，是一个直径约 1 千米的球体，每分钟旋转 2 周，城内亦建有住宅、疗养院。并栽了大面积的树木，形成森林。奥尔尼? 3 号空间城，为圆筒形结构，直径为 6.4 千米，长 32 千米，每 2 分钟旋转 1 周。它是最大的空间城，采用密闭型，因而生活环境和地球上的大同小异，城内设有生活区、工厂、电站及农场等。它可容纳 1 百万人至数百万人。
1975 年美国斯坦福大学的 28 名科学家、工程师、社会学家以及经济学家，对空间城进行了系统研究，设计了一种轮胎形空间城。直径为 1890 米，可通过绕本身中央轴的旋转来获得人造重力。在圆环中，可容纳 1 万人，备有各种基本设施，其中包括商店、学校、轻工业和一套闭合回路的农业系统。在圆环的壳部位装有通信设备，并设有与航天飞机及拖船相对接的停靠站。在凸出的轴柄上，设有一个自动化程度极高的零重力工厂，能利用太阳能来加工月球矿石。空间城上飘浮着一面巨大的圆形反射镜，它使阳光透过窗户和天窗射入空间城，以便进行照明和农业生产。 1981 年美国新泽西州的一所中学的学生们，在奥尔尼空间城方案的启发下，提出了一项用蚂蚁代替人类住进空间城进行实验的大胆设想。他们选择蚂蚁是有充分理由的，因为蚂蚁有坚硬的外壳，有助于它们在火箭飞行过载条件下仍可生存。它们只需要很小的生活空间，而且脚上长有鞭毛，可以抓住粗糙的表面，这使它们避免在空间舱中飘浮起来。蚂蚁还有很完善的群居功能。这项试验计划需要配备一个由三级舱体组成的空间城，里面可居住数千只蚂蚁。第一级舱是容积为 0.14 立方米的失重空间舱；第二级舱象飞轮一样的旋转，可以模拟成具有地球 1／2 重力的舱；第三级舱具有接近于失重，但又不完全失重的环境。蚂蚁空间城预定的 7 天飞行过程中，将用电视摄像机的照相机对蚂蚁的全部生活情况进行定时监视。
1984 年笔者设想了一种较为现实的方案。它是在空间站技术的基础上做了进一步发展，在宇宙空间建设许多个大型空间站，象一个个小岛似的，然后将它们连成一片，组成“星岛城市”。每个星岛，都是六面环体，而环体本身是空心的，人便居住在里面生活和工作。环体的直径为 100 米，六面体绕着中心轴缓慢地旋转，每分钟转 1 周，使其产生离心力，人生活在里面会有重力感觉。星岛城本体结构用透明且抗辐照的材料制成，一方面阳光可直接照射进去，另一方面又能防止宇宙射线对人体的伤害，确保人能长期生活在这样的环境里。星岛城市之间的往来，是靠每个岛城下面的一组发动机来移动，待两岛对接后，大批人就可相互交往。平时可利用空间渡船作为岛城与岛城之间的交通工具。空间城市是一个庞大的岛城系统，由中心岛向四周辐射，有农业城、工业城、动力城等等。
进入 21 世纪后，人们将在空间发展生产，大量生产高性能、高质量、高效益的急需产品，因而将在空间建立空间工业城。它是由若干个绕地球轨道运行的空间工厂组成：有空间材料加工厂、生物制品厂、制药厂  。设想的空间工厂是在一个长 78 米、宽 48 米的桁架上，配置了供生产用的工厂舱、居住舱、能源供给舱、生保系统舱等，可居住 30 人在其上从事生产。为了获得均质的微重力环境，将整个平面布置成前后左右对称的形式。此外，为了改善居住环境，居住舱放在远离工厂舱的地方。
21  世纪，空间旅游事业将成为太空资源开发的热点之一，因为要把空间变成商业性质，最具有代表性的就数宇宙观光了。据美国探险旅游业的旅行社规划，初期用垂直起降并可重复使用的火箭绕地球轨道飞行，作为旅游观光的急先锋，等空天飞机等新的天地往返运输系统开发成功，就可并驾齐驱或取而代之。据调查，美国已有人报名到空间旅游观光，日本也在 1993 年做过这方面的征询意见调查，竟然有 70％的人回答想到空间去旅游。
由此看来，建立空间旅馆势在必行，因为旅游观光必须有住宿设施。设想的空间旅馆将建设在低轨道上，它由供旅客住宿的客房区、餐饮娱乐区、能源供给区、停机场四部分组成。上下高度为 240 米，客房区由 直径 140 米的 64 个客房舱连成环状，舱内配有卫生间和淋浴等设施，通过旋转产生人造重力。旅客可到娱乐区的健身房进行体育锻炼，亦可参加文娱活动，真是一饱眼福，其乐无穷。