# 阿里尔·埃克布劳：太空殖民与自组装太空巨型结构

> MIT 媒体实验室研究者谈自组装太空建筑、小行星资源与人类定居太空的可行路径。

- 原标题：#271 – Ariel Ekblaw: Space Colonization and Self-Assembling Space Megastructures
- 期数：第 271 期
- 发布日期：2022-03-23
- 嘉宾 / 主题：阿里尔·埃克布劳
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- 官方页面：https://lexfridman.com/ariel-ekblaw/
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> 本文为 lex.qiaomu.ai 基于原始访谈的 AI 改写中文精读，非官方翻译；引用请注明出处并链接网页版。

MIT 有个博士生把一堆巴掌大的瓦片扔进微重力环境，它们自己拼成了一个球。没有人指挥哪块瓦片去哪，没有中央控制器喊“一号瓦片去二号位置”，连远程操作员都没有。瓦片自己用近距离传感器和磁力计判断接口接得好不好，接错了就弹开重来。

这个项目叫 Tesserae，是阿里尔·埃克布劳（Ariel Ekblaw）博士研究的一部分。她当时是 MIT 太空探索计划（Space Exploration Initiative）的创始人和主任，手下五十多号研究生、研究员和教职员工。她正在把实验室的一条技术线分拆成公司，叫 Aurelia Institute。Aurelia 是古英语里的“蛹”。

> 我们整个人类现在正处在蜕变的下一阶段，像蛹一样，变成一种太空物种。所以时机到了，而且非做不可，该去思考下一代太空建筑了。（埃克布劳）

## 父母都是空军飞行员，家里有一份疫情预案

埃克布劳的爸爸是 A-10 攻击机飞行员，妈妈当年也完成了战斗机飞行员的训练和资格认证，只是那个年代女兵不允许参加战斗任务。她从小在两位飞行员身边长大。空军飞行员转宇航员在美国有一条很长的脉络，这条脉络在她童年里占了很大分量。

她说家里会讨论“什么是勇气，什么是探索，站在一件困难事情的先锋位置意味着什么”。爸爸还是科幻迷，给她介绍海因莱因和阿西莫夫。她读《基地》三部曲，记住阿西莫夫关心的那个问题：人怎么在横跨宇宙的距离和时间尺度上组织一个社会。技术细节在她这儿分量不重，社会结构才是她后来一直放不下的东西。

她提到家里有一份“疫情预案”，说得很平淡，好像这很正常。

> 我们家以前就聊过这些。我们常说运气偏爱有准备的人。所以从小到大，我们家真有一份疫情来了该怎么做的家庭计划。当时没想过真的会用上。（埃克布劳）

## 一块瓦片自己知道该不该分手

回到 Tesserae。这些瓦片在火箭里是平铺叠放的，发射成本低。到了轨道上被释放出来，在微重力里飘着，边缘的电永磁体（electropermanent magnet）把它们拉到一起，自动对接。整套系统没有任何中央智能。

最关键的工程难点是纠错。埃克布劳说，任何做自组装的人都明白，错误检测和纠正在这个领域的分量，和 DNA 序列里的错误检测、蛋白质折叠里的纠错是一回事。

> 它们知道自己在组的结构对不对，也知道自己是不是在一段有毒的关系里，需要脱身。（埃克布劳）

实验室里用的瓦片只有三英寸宽，两年前送上国际空间站测试代码和状态机。现在他们在做人尺度的瓦片，边长 2.5 英尺。最终目标是直径 10 米的球形结构，用瓦片拼出一个“巴基球”（bucky ball），内部开放空间的尺寸大于国际空间站上任何一个现有舱段。

埃克布劳反复强调一件事，下一代太空建筑不该只满足于让人活下来。

> 当你飘进那个空间的时候，能不能起一身鸡皮疙瘩，就像你在地球上走进一栋绝美的建筑那样？我们认为，自组装、这种模块化可重构的在轨建造算法，能给我们一个真正值得住进去的太空建筑。（埃克布劳）

## 三个她想在有生之年造出来的东西

第一个是太空教堂。世俗的也可以，重点在纵深和视线。在太空里你不用站在地上仰头看，你飘在一个中心节点，朝任何一个方向看，都是一条长长的尖顶伸向远处。

第二个更有机。不再用瓦片拼外壳，而是定义一个可以从住的节点模块，用“空间填充多面体”（plesiohedron）拼起来。最简单的空间填充多面体是立方体，无限堆叠不留缝隙。另一个候选是截角八面体（truncated octahedron），把尖角切掉，露出的面可以互相贴合，两个单元在一个气闸处对接，四周都能挂上新的，慢慢长成一座去中心化的空间站。她想用一种形状：鹦鹉螺。

第三个是光环世界（Ringworld）。一个巨大的圆环，可以环绕一颗行星、一颗小行星或一颗卫星。她笑着说，每本值得一读的科幻小说里都有一个光环世界。论文里那张图是一个环面上的六边形铺砌，用 Mathematica 生成的。

## 为什么要在轨建造，不从地球运上去

火箭整流罩的尺寸是硬约束。贝索斯想要让上百万人生活和工作在太空，这个数量级需要的建筑体量远超现役任何一枚火箭的运力上限。出路有两个：在轨组装，或者在轨挤出成型。

埃克布劳的团队在测试后者。微重力环境特别适合挤出工艺，因为在地球上会因为自重而下垂的长梁，在轨道上可以笔直地挤出来，直接成为大型桁架或结构的基础。这项实验几个月后要上国际空间站。

模块化的另一个好处是可重构。现有空间站建成就定型了，你没法从根本上改变它。自组装系统可以拆开重来。任务变了，驻留人数变了，甚至只是要办一场太空会议，昨天是窗户的瓦片今天可以换成对接口，迎接五艘新飞船靠泊。埃克布劳说这是“可重构太空建筑”真正的价值所在。

## 月球南极的一只蚂蚁

MIT 要重返月球。埃克布劳的机构牵头这次任务，最早 2022 年底或 2023 年初，把研究载荷送到南极附近的着陆点，那也正是 NASA 阿尔忒弥斯三号计划送第一批人回去的地方。他们的数据要直接支持那次载人任务。

载荷里有一台“星际蚂蚁”（astro ant）。一个小型爬行机器人，四个磁轮，能吸附在任何磁性表面上，理论上可以在任何环境里工作。去月球之前，团队已经把移动性在各种材料上、在微重力里测过了，用的是抛物线飞行的“呕吐彗星”号。

这次只有一只，是技术验证，算不上真正的群体。它骑在一台月球车上，月球车装进着陆器，着陆器装进 SpaceX 火箭。“一整套俄罗斯套娃，”埃克布劳说。

她还提到一个想法，能不能搞成 Twitch Plays Pokémon 那种形式，让地球上的人真的操作这台机器人，或者至少让数据完全开放。她说 MIT 是很幸运的一群人，得想办法把更多人带上这段旅程。

> 我们一路走到月球，真正发现的却是地球。（比尔·安德斯，阿波罗 8 号）

## 为什么要造会社交的机器人

在太空里，你不能开窗透透气，不能出门走一圈把火气散掉。埃克布劳说，这意味着舱段必须建成家，得真的照顾里面的人。亲生物设计、一个能让你感觉身处自然的角落，或者一副 VR 头显。对某些人来说那是劣质仿制品，但总比什么都没有好。

2017 年他们第一次飞零重力航班，带上了媒体实验室开发的社交机器人，做了一个极小规模的人机交互研究。她的判断是：未来任务里，机器人不只服务你，它会成为队友，对乘组的心理健康和稳定性有实际作用。她引用了 MIT 同事凯特·达林（Kate Darling）的研究，人对机器人会产生真实的依恋。

NASA 到现在还没定下来，长期任务派已婚夫妇还是单身乘组更好。已婚夫妇能给彼此稳定性，但也会吵架，关系张力很硬。这个问题的答案还悬着。

埃克布劳觉得疫情是个意外的对照组。封控期间，有的婚姻散了，有的更紧了，单身的人里有的掉下悬崖，有的找到了新的意义。

## 火星不是地球的备份

去火星单程六到九个月，往返大约三年。中间那段“停留”得在原地等轨道窗口重新对齐，插不进任何计划。埃克布劳说得很清楚，三年和月球的三天完全不在一个量级。乘组出现心理问题或者设备故障，三天能回来，三年回不来。这些课题都得在真正送人上火星之前搞清楚。

她对火星的态度比很多太空爱好者冷静。土壤里的高氯酸盐有毒，不能直接种庄稼；大气太薄，既不能呼吸，防护性也远不如地球。小型前哨站可行，参照南极麦克默多站的模式，2030 年代大概能实现。但“一整段人生都在那里度过”是另一条线。

> 如果电子设备坏了，那里没有 RadioShack。火星上没有供应链，能支撑我们日常生活所依赖的那种技术复杂度。所以你会退回一种非常简单的生活，更像美国西部拓荒者的日子。（埃克布劳）

人类在太空怎么铺开，她有一个最容易被同行反对的判断：真正会长起来的是轨道上的漂浮城市，不在行星表面。人们默认的图景是殖民行星，她认为扩散的形态会像变形虫，一片一片长出来，月球附近一片、小行星附近一片、火星附近一片，各自贴着资源分布，而不是均匀地往外推。

低轨会先变成那样。她同时指出这带来一个真实的监管难题：轨道上每一座闪亮的太空城市，对地面天文学家都是一颗新的光污染源。

## 辐射是大事，心理健康也是大事

在国际空间站上，地球磁层还护着你。一旦离开范艾伦带，辐射对长期健康的影响就成了严重问题。防护要么靠厚重的壳体，铅很有效但太重，发射成本极高；要么靠药物，让人对辐射损伤不那么敏感。这两条路都还没有答案。

除了辐射，她最常提的另一个难题是：怎么让人保持快乐和平衡。埃克布劳讲了一个项目，叫 AgriFuge，两个 MIT 学生做的，灵感来自曼陀罗和尼泊尔的转经轮。植物种在内侧，宇航员每天得亲手转它，植物才能活。技术上完全没必要，水培、液体介质都能种，在微重力里把液体固定在根系周围才是真难点。但这个设计给了宇航员一件需要照顾的东西。

> 我们确实有办法让植物自己长，但宇航员可能想照顾它，就像我们身边那些渐渐变得重要起来的小盆栽，那些植物朋友。（埃克布劳）

另一个项目是充气软体机械尾巴，瓦伦蒂娜·苏米尼（Valentina Sumini）做的。尾巴末端有个摄像头，能做计算机视觉，判断该抓哪里，然后缠住一个固定点，把你稳住，腾出两只手干活。现在还是手动触发固定充气程序，但埃克布劳说，如果有 Neuralink，这东西可以直接用意念控制。太空环境里，你可能更需要第三条手臂，而不是强壮的腿。她还提到 AstroAccess 这个组织，正在帮残障人士做零重力飞行，地球上的一些“残障”在太空里是超能力。

## 三年之后，需要人造重力

三到十年这个区间，埃克布劳认为一定会需要人造重力。原理不复杂，让舱段转起来，用向心力模拟重力，跟游乐场里那种把人贴在桶壁上的旋转机一个道理。哪怕整个空间站不转，只让一段跑道转，每天在里面待几个小时，接近 1G，身体就能维持住。工程细节还要打磨，科学上已经通了。这是 Aurelia Institute 要做的方向之一。

再往前的那些问题更麻烦。在微重力里怀孕、胎儿怎么发育、婴儿出生后怎么建立对物理世界的直觉。小鼠实验里已经看到，微重力环境下出生的小鼠走路能力有问题。埃克布劳说，早期童年形成的物理直觉很难后天补，所以近期唯一的答案是：在人类发育的这个阶段，必须提供 1G 环境。

她每年在 MIT 办的 Beyond the Cradle 活动上都会开一场关于太空怀孕、太空育儿的工作坊。这些问题一个都还没解决。

## 早上的淡水是昨天的咖啡

她引了前 NASA 局长查理·博尔登（Charlie Bolden）的一句话。水在闭环里循环，喝下去、排出来、净化，第二天接着喝。另一个来源是月球上的水冰沉积，一旦离开地球引力井还能找到水，就能就地制取推进剂或饮用水，这是月球基础设施真正的价值。

食物目前以冻干为主。她团队里的研究员玛吉·科布兰兹（Maggie Koblanz）在研究发酵食品的未来。啤酒、葡萄酒、泡菜、味噌，这些东西在人类文化里存在了很久，因为人喜欢那种鲜味；做得好的话保质期也长；对微生物组还有额外好处。他们在说服 NASA 对长期深空任务的发酵食品更开放一点。

## 只能在微重力里演奏的乐器

有一个叫 Telematron 的东西，桑兹·菲什（Sands Fish）和妮可·布利尔（Nicole Boulier）做的。外形有点蒸汽朋克的几何体，内部装了一堆惯性测量单元，能感知自己是不是在飘。演奏方式是抛掷，需要两个人配合，像一段编排好的舞蹈。它在地球重力下发出的声音和在微重力里不一样。埃克布劳说，这是“只为微重力而存在”的乐器。

球类运动的物理也得重学。地球上你扔东西会给一条抛物线，太空里你直接朝对方的视线平推过去。她说不清具体要多久，但宇航员上站几天到一周，脑子就翻过来了。人的神经可塑性在这件事上表现得非常明显。

她自己飞过九次抛物线航班。“他们建议你在飞机上刻意制造一段记忆，”她说，“因为那种体验对身体太陌生，几天后你就忘了当时到底是什么感觉。”

## 1967 年的条约撑得住吗

关于月球上的产权，问题很具体。公司需要知道自己对某片区域有权利，需要知道挖出来的东西能合法卖掉，否则没人愿意投钱建基础设施。但谁有权把这些权利授予出去？埃克布劳说这些是“很棘手的问题”，所以她认为我们需要太空律师。她后来笑着承认，这可能才是她那个“最容易被反对的观点”。

她和团队把书命名为《Into the Anthropocosmos》，取的是“人类世”加“宇宙”的意思。核心关切是公地问题：我们怎么对待地球，怎么对待气候，就会怎么对待太空。她希望月球走一条以公地为基础的路，但难点在于谁来当保护者和执行者。

她对太空军事化有明确的担忧。1967 年的《外层空间条约》确立了太空是全人类的领域、只能和平利用，几十年来航天界一直靠这句话撑着。但地缘政治紧张升级，她担心热战会跟着人类进太空。

> 国际空间站是个很好的例子，大概有十八个国家是这个条约的缔约方。哪怕在苏联解体的时候，哪怕在美俄关系紧张的时候，国际空间站一直是两国能合作的地方。现在特别需要找到别的平台，让世界上的霸权国家和发展中国家能一起合作，有意识地让彼此的成功交织在一起，这样任何一方做坏事，多方都会受损。（埃克布劳）

访谈进行的时候乌克兰战争刚爆发。她说自己几周没怎么睡，两个国家都有家人、朋友和同事，很多人在哭，很多是难民。她说她相信人的同情和爱是技术可以催化加速的东西。

## 费米悖论和一只蚂蚁的野心

她本科在 CERN 待过两个暑假，找超对称粒子。教授们一年比一年沮丧，因为一直没找到，只能不断排除参数空间。2012 年 7 月 4 日希格斯玻色子发布会那天她就在 CERN，一帮人在发布会大厅外面排了一整夜队，她说自己连《哈利·波特》首映都没排过队。

发现希格斯玻色子没有立刻转化成工程技术。但她说这仍然是人类理解基本物理规律的关键一步，这种知识本身就有价值。她同时承认，新物理也可能造出更危险的武器。她的答案是，抵御越来越强的武器，最终靠的是人的同情和爱。

关于费米悖论，她希望宇宙里的生命是繁盛的。但如果真那么繁盛，问题就变成：他们在哪？是不是有一道大过滤器，文明发展到某个阶段就自我毁灭了？

> 我不认为我们已经把大部分毁灭方式想出来了。（埃克布劳）

她说的“我们”指的是人类。核战争里有一部分是物理，另一部分是社会如何建构、如何互动、如何制造和化解冲突。这又绕回那个老问题：在一艘飞往火星的船上，怎么让一群有缺陷、非理性的人长期共处，不只是保住身体不死，还要让他们不至于互相残杀。

## 给想上太空的年轻人

埃克布劳说，人类历史上头一回站在行星际文明的临界点上，而且不太可能退回去。她还说，不必把自己塞进某个特定的职业轨道才能进入太空的未来。如果你是艺术家，想做太空艺术，或者用艺术去传达某种关于太空的感受，这个角色和太空科学家、太空工程师一样被需要。

她自己的经验是找队友。她说外界看到的是她在讲话，但背后是五十多个研究生、职员和教职员工。学术界有一种对“孤狼天才”的推崇，她的经历完全不是那样。

她还提到一位叫 Shing Lu 的艺术策展人，在太空探索计划里任职。第一次国际空间站任务时，埃克布劳只顾着收集工程载荷，Shing 说，我们应该向全世界公开征集艺术作品送上空间站。那次成了历史上第一次面向国际的太空艺术公开征集。

关于意识，她的说法很朴素：我们是一种能意识到自己在思考的物种，还能在播客上讨论自己对自身思考的元认知。她说这是一份礼物，扩大意识的圈子本身就有价值。

关于生命的意义，她分了两层。一层非常本地：家人，她说的“生物繁殖单元”。另一层是为人类做点好事。她说这两层可以同时存在，一个人既可以是本地的，也可以是全球的，也许有一天是全星际的。

访谈结束时 Lex 引了塞内加的一句话：从地球到星辰，没有平坦的路。

## 你可以做的几件事

- 去读尼尔·斯蒂芬森的《七夏娃》（Seveneves）。埃克布劳的博士课题和现在跟 NASA 合作的群体机器人方向，都从这本书里长出来。它把轨道力学、材料和政治一起算进了故事里，读完你会明白为什么一个做工程的会对一部小说念念不忘。
- 如果你在做机器人、材料或分布式系统的研究，把“错误检测与自我纠正”当成一等公民来设计，不要留到事后打补丁。自组装系统能不能用，取决于单元能不能判断自己进了一段错误的连接并主动断开。
- 关注 Aurelia Institute 和 MIT 太空探索计划的公开项目。登月任务的数据他们打算开放，零重力飞行的门槛也在往下掉，商业空间站几年内可以按模块租实验室空间，不需要等一张 NASA 的经费批文。
- 如果你不在航天行业，也别把太空当成别人的事。太空法律、太空艺术、太空建筑的人类体验设计，都缺人。埃克布劳的说法是，第一批进太空的文明不该只由工程师定义。
- 下次看到火箭发射的新闻，多留意一眼它背后是谁在买单、谁在做载荷、数据会不会公开。商业航天把进入太空的成本压下来这件事，对科研机构的实际影响，比大多数报道写得更直接。