建造一艘宇宙飞船以承载人类世代相传的激进计划

穿越太空深处，在另一个星球上播下人类文明种子的梦想已经存在了几代人。

自从我们知道宇宙中的大多数恒星都可能有自己的行星系统以来，就有人主张我们探索它们（甚至定居它们）。

随着太空时代的到来，这个想法不再只是科幻小说中的内容，而成为一个科学研究的问题。不幸的是，冒险超越地球并到达另一个恒星系统的挑战是无数的。

归根结底，只有两种方法可以将载人任务发送到系外行星。首先是开发可以达到相对论速度（光速的一小部分）的先进推进系统。第二个涉及建造可以维持几代人宇航员的航天器——也就是。一代飞船（或世界飞船）。

2024 年 11 月 1 日，Hyperion 项目发起了一项设计竞赛，旨在通过世代飞船进行载人星际旅行，该飞船将依赖于当前和近未来的技术。该竞赛向公众开放，将为创新概念颁发总计 10,000 美元 （USD） 的奖金。

Hyperion 项目是一个由建筑师、工程师、人类学家和城市规划师组成的国际跨学科团队。他们中的许多人曾与 NASA、ESA 和麻省理工学院 （MIT） 等机构和机构合作。

他们的比赛由星际研究倡议 （i4is） 赞助，这是一个在英国注册成立的非营利组织，致力于实现机器人和人类探索以及附近恒星周围系外行星定居的研究。

虽然星际飞船的概念可以追溯到早期的太空时代，但在过去的二十年里，人们对该领域的兴趣已经大大增长。这主要是由于最近我们银河系中已知系外行星的数量激增，目前为4,325 个恒星系统中的 5,787 颗已确认的行星.

这可以通过以下概念来说明：突破 Starshot,成群的比邻星和创世项目.这些概念利用克级航天器、定向能（激光）和光帆来实现高达光速 20% 的速度，使它们能够在几十年而不是几个世纪或几千年内完成旅程。

然而，将载人航天器送往其他载人航天器，并有足够的乘客在另一个星球上定居，这要困难得多。

如上一篇，依赖于已知或技术上可行的推进方法的航天器将采取1,000 和 81,000年才能到达最近的恒星（比邻星）。

虽然一些高级概念（如猎户座项目,代达罗斯和伊卡洛斯理论上可以在 36 到 85 年内到达比邻星，但所需推进剂的成本和数量令人望而却步。

这些“快速行驶”概念的替代方案是适应可能持续几个世纪甚至数千年的长途旅行。这需要一艘足够大小的航天器，能够在几代人中容纳数百（或数千）人。

为了节省空间并减少货物空间的质量，机组人员将需要种植大量食物，并依靠本质上是生物可再生的生命支持系统。简而言之，这艘船需要能够自给自足，这样乘客才能过上舒适、健康的生活，直到他们到达目的地。

安德烈亚斯·海因，卢森堡大学航空航天工程副教授和安全、可靠与信任跨学科中心是 Hyperion Project 组委会的一部分。正如他所说的今日宇宙通过电子邮件：

“想想无人机和远洋客轮之间的区别。以前对星际航天器的设计，如猎户座、代达罗斯和伊卡洛斯，都集中在无人探测器上，其主要目的是从目标恒星系统收集科学数据，包括寻找生命迹象。

“相比之下，代运船旨在运送船员，其主要目标是在目标恒星系统中安顿系外行星或其他天体。它们也往往比星际探测器大得多，尽管它们可能会使用类似的推进系统，例如基于聚变的推进系统。

世代飞船

已知的第一次对一代飞船的描述是由火箭工程师提出的罗伯特·戈达德，“现代火箭之父”之一，对他来说美国宇航局戈达德太空飞行中心已命名。

在他 1918 年的文章中，”终极迁移“他描述了一个”星际方舟“，在太阳达到其生命周期的终点后，在遥远的未来离开太阳系。乘客将低温冻结或处于诱发性麻痹在大部分旅程中，除了飞行员，他会定期被唤醒以驾驶船只。

戈达德建议，如果这项技术得以实现，这艘船就由原子能提供动力。如果不是，氢、氧和太阳能的组合就足够了。戈达德计算出，这些动力源将使船只能够达到 4.8 至 16 公里/秒（3 至 10 英里/秒）的速度，或大约 57,936 公里/小时（36,000 英里/小时）。

紧随其后的是著名的俄罗斯火箭科学家和宇宙学家康斯坦丁 E. 齐奥尔科夫斯基也被公认为“现代火箭之父”之一。1928 年，他写了一篇题为”地球和人类的未来“描述了星际的”诺亚方舟”。

在齐奥尔科夫斯基的版本中，宇宙飞船将是自给自足的，船员们将为持续数千年的旅程保持清醒。

1964 年，美国宇航局科学家Robert Enzmann 博士提出了迄今为止最详细的一代飞船概念，称为”恩兹曼星际飞船."该提案要求建造一艘长 600 米（2,000 英尺）的飞船，由使用氘作为推进剂的聚变推进器提供动力。据 Enzmann 称，这艘船将容纳 200 名初始船员，并在此过程中有扩展空间。

近年来，这个概念从生物学和心理学到伦理学等各个角度进行了探索。这包括由 Frederic Marin 博士进行的一系列研究（2017-2019 年）。斯特拉斯堡天文台使用定制的数值软件（称为遗产).

在前两项研究中，Marin 博士和同事进行了模拟，结果表明最少 98 名船员（最大 500）需要与精子、卵子和胚胎以确保遗传多样性和抵达后的身体健康。

在第三项研究，马林博士和另一组科学家确定，载有他们的船需要长 320 米（1050 英尺），半径为 224 米（735 英尺），并包含 450 平方米（~4,850 平方英尺）的人工土地来种植足够的食物来维持他们。

简而言之，这些提案和研究确定，一代飞船及其船员必须带着“地球”，并依靠生物再生系统来补充世代相传的食物、水和空气。

如前所述，大多数关于星际探索的研究都集中在探测器或船只上，并且倾向于强调速度而不是确保乘客能够完成旅程。

正如 Hein 解释的那样，这使得 Hyperion 项目成为第一个专注于代工飞船的竞赛，并确保星际航行者在到达附近的星系之前保持健康和安全：

“这项比赛是前所未有的——真正的第一次。据我们所知，这标志着首次启动专门针对世代飞船的设计竞赛。它建立在我们团队自 2011 年以来进行的早期研究的基础上，该研究解决了所需的种群规模等基本问题。

“这项竞赛以独特的方式探索了世代飞船技术与资源高度受限的社会动态之间的复杂相互作用。

“大多数研究都集中在技术方面，例如推进和生命支持，同时经常将船舶技术和船上社会视为不同的问题。考虑到分析这些相互依赖关系的挑战，这种方法是可以理解的。我们甚至得到了远离的建议。

“我们的目标是迈出探索和设想这些相互依赖关系的第一步。我们的目标是成为 Cayley 而不是 Da Vinci。达芬奇设想的是飞机，但 Cayley 构思了他们的基本设计原则，这为莱特兄弟铺平了道路。

竞争

比赛注册将持续到 2024 年 12 月 15 日，所有参赛团队必须支付 20 美元的注册费。前三名获奖者将于 2025 年 6 月 2 日公布，第一名奖金为 5000 美元，第二名奖金为 3000 美元，第三名奖金为 2000 美元。

此外，10 个团队将因创意和创新理念而获得荣誉奖。有关更多信息，请查看Project Hyperion 的网站和任务简介.

根据他们的使命，Hyperion 项目是使用当前和近期技术对载人星际飞行进行的初步研究和可行性评估。

目标是让公众了解星际太空旅行的未来可能性，并指导未来的研究和技术发展。正如他们在自己的网站上所说，比赛有以下主题：

“人类已经克服了 21 世纪的巨大可持续发展危机，并已过渡到地球和太空可持续丰富的时代。

“人类现在已经达到了在不做出重大牺牲的情况下开发一代飞船的能力。一艘星际星际飞船飞过附近太阳系中的一颗冰冷行星。

“超越了对星际推进问题的经典研究以及持续多个世纪的航行的结构设计，为了确保旅行成功，理想的栖息地建筑和社会类型是什么？”

参与者的任务是设计这艘船、它的栖息地和它的子系统，包括它的建筑和社会的细节。项目简介描述了其他重要的边界条件，包括任务的持续时间、目的地和其他重要考虑因素。

从发射到到达目标星系的任务持续时间为 250 年，这与具有能够达到光速一小部分的先进推进装置的飞船一致。

为了确保船员的健康和安全，飞船的栖息地必须具有与地球相似的大气条件，防止银河射线、微陨石和星际尘埃（相对论太空旅行所必需的）。

该船还必须通过旋转部分提供人工重力，但“部分栖息地的重力可以减少”。栖息地还必须在整个旅程中为 1000 多或负 500 人提供住宿和体面的生活条件。栖息地的设计也需要使其可以修改以满足不断变化的需求。

社会结构必须考虑到文化差异，包括语言、道德、家庭结构、信仰、审美、家庭结构和其他社会因素。

该竞赛还考虑了相对于地球的知识保留和损失，他们将其描述为“几乎不可避免”。

卡梅隆·史密斯，波特兰州立大学和亚利桑那大学的人类学家载人太空探索中心（CHaSE） 也是 Hyperion 项目组委会的成员。正如他向《今日宇宙》解释的那样：

“一个人口的情况，比如说数千甚至 1500 人，几个世纪以来与世隔绝地旅行，这将是人类经历中独一无二的。

“因此，正如我们规划架构和硬件的运行状况，维护它们以在这段时间内保持良好状态一样，我们可以规划生物和文化的运行状况和维护。我们有一个很好的指南，那就是进化论。

“进化论是所有生命科学的核心，在许多方面，它也适用于随着时间的推移的文化变化。生物学在发展，文化也在发展。我们已经学会了如何管理地球上的文化以适应各种情况。

“然而，我们的想法是让人们思考如何根据我所概述的不寻常情况来调整文化。

“与地球分离，与其他人类群体分离，除了无线电或视频通信——随着他们离地球越来越远——随着时间的推移，需要文化调整的变化会是什么？”

在整个旅程中，人们还必须能够获得基本产品（衣服、住所等）。栖息地的质量应尽可能低，在整个旅程中保持可靠，并包括冗余系统。代发电飞船的目标目的地是附近星系中的一颗岩石行星（如比邻星 b).

有趣的是，比赛强调这个星球将有一个由前体探测器创建的人工生态系统，就像 Project Genesis 一样。因此，船员不需要任何重要的遗传或生物适应即可在该生态系统中生存。正如 Hein 解释的那样：

“在锡罐里 250 年，保持快乐，也就是。一个社会能否在资源严重受限的环境中繁荣发展？回答这个问题对于设计一代飞船至关重要，也可能为地球上的可持续未来提供见解。

“从我的角度来看，对于这一挑战，严重缺乏富有想象力的解决方案。在锡罐中 250 年并保持快乐，也就是说，一个社会能否在资源严重受限的环境中繁荣发展？

"回答这个问题对于设计一代飞船至关重要，也可能为地球上的可持续未来提供见解。从我的角度来看，对于这一挑战，严重缺乏富有想象力的解决方案。

“我们还希望提高人们对当今技术背后的复杂性的认识。哪些技术可以或应该保留在一代飞船上，哪些可能会丢失？

“研究表明，一个社会的人口规模会影响其技术的多样性和复杂性。大多数现代技术都需要复杂的供应链，涉及众多公司、基础设施和监管系统。

“因此，一代飞船可能会依赖低技术含量的解决方案，除非分子制造或标准模板构造（如 Warhammer 40k 中描述的）等颠覆性技术变得可行。”

跨学科方法

比赛的一个主要重点是跨学科研究，反映了组委会本身。这已成为太空研究的一种趋势，这在很大程度上要归功于商业航天工业的兴起。

对于当今的许多公司和非营利组织来说，传统研究正在扩展到航空航天工程之外，并结合了建筑和室内设计、生物学、社会学、心理学、农业和其他学科，以创造允许在太空中实现健康和可持续生活的概念。

根据规则，团队必须由至少一名建筑设计师、工程师和社会科学家（社会学家、人类学家等）组成。如Yazgi Demirbas Pech，组委会的建筑师和设计师解释说：

“我们希望这项竞赛能够激发更大的跨学科合作，强调建筑和社会科学等领域的价值——在规划长期、长距离任务时尤其重要。

“整合这些不同领域的整体方法有助于为太空探索提供更可持续和以人为本的解决方案。

“与地球上的传统建筑实践不同，太空建筑需要在严格的技术限制（例如有限的物理空间、极端的环境条件和有限的资源）与人类对舒适、安全和心理健康的基本需求之间取得微妙的平衡。

“在这里，建筑成为一种维持生命的元素，使人们能够在很长的距离和时间尺度上生活、工作和繁荣。

“通过这次比赛，我们邀请团队挑战传统的设计原则，重新定义明星中的'家'的含义。将建筑师或建筑专业的学生纳入团队无疑将为这场发人深省的比赛增添新的视角。

解决空间问题解决地球问题

比赛的另一个重要方面是希望激发想法，这些想法也将在地球上应用和受益。这是未来太空探索的另一个重要方面，其中包括在月亮,火星等。

就像一代飞船一样，在远离地球的地方执行的任务不能依赖从地球发送的定期补给任务。这意味着栖息地必须尽可能自给自足，并确保居民有足够的空气、水和食物来舒适地生活。

几十年来，科学家和规划者一直在从地球的自然环境中寻找灵感。这就是生物圈 2该项目，该项目在 1991 年至 1994 年期间进行了两次实验，志愿者生活在一个模拟地球许多环境的密封生物群落中。

自 2007 年以来，亚利桑那大学一直使用该设施通过其 CHaSE 计划进行研究，同时保持对公众开放。

“自 1990 年代以来，[生物圈 2 号] 一直是封闭生态系统的研究中心，就像在星际飞船上一样，这里的研究仍在继续。[我]实际上一直住在生物圈直到 1 月，我现在正在仰望星空并参与这一切，“史密斯说，他在该设施写信给《今日宇宙》。

正如他继续指出的那样，这项实验和类似研究的研究对地球上的生命有重要的应用，主要是因为在太空中没有出错的余地：

“进入星际飞船的规划和准备工作在培养和对后代的生物保护方面将非常仔细地设计，以便为他们提供最大的保护，也许以比地球上任何文化都更具体地适合他们的生存和健康的方式。

“在星际航行中，事情必须进展得恰到好处，才能在封闭的生态系统中存活多代，因此规划和准备必须非常彻底。”

由于太空失败通常意味着死亡，尤其是当人们驻扎在远离地球的地方时，救援任务需要很长时间才能到达，因此未来探险家和定居者所依赖的技术必须是可再生的、防故障的，并且随着时间的推移是可持续的。

当涉及到我们在地球上面临的最紧迫的问题时，这种研究和开发将产生直接的好处：气候变化、人口过剩、贫困和饥饿，以及可持续生活的需求。正如 Pech 所强调的那样：

“我相信，超越地球的思考可以为我们如何改善'地球宇宙飞船'上的生活提供宝贵的见解。就像在太空中，我们面临着众多挑战，我们的地球需要创新的方法，在当前的全球冲突和挑战中促进和谐与复原力。

还有一个额外的好处是，可以激发人们对宇宙中生命的问题，以及外星文明 （ETC） 可能已经在星际之间旅行的地方。几十年来，科学家们一直在探索这些问题，作为费米悖论.正如 Hein 解释的那样：

“最后，正如代达罗斯计划证明了星际旅行的理论可行性一样，我们的目标是为人类前往星际旅行建立一个类似的'存在证明'。

“实现这一目标将为费米悖论：如果我们今天能设想载人星际旅行，那么更先进的文明应该已经实现了它。那么，他们在哪里？

对比赛感兴趣或有更多问题的人，可以联系星际研究倡议，网址为[电子邮件保护].i4is 将在 2024 年 12 月 1 日之前开放问答。

本文最初由今日宇宙.阅读原创文章.

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