太阳系未来可以怎么样开发？

精诚通潭

比如建造 太空城市，殖民火星，开采小行星和月球氦3 等等

我知道从现在来看，无论从经济层面，还是技术层面上来说，这些都很不现实。

所以，可以来开下脑洞，未来可以怎么样开发太阳系？

有相关专业知识背景的，也可以严肃设想讨论。

但必须依据太阳系和太空的基本严酷的实际情况来设想，最好有过程和细节。

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我的专业是城市规划，后来从事和空间设计有关的工作。作为一个超过二十年的科幻爱好者，曾经无数次想象未来人类太阳系开发的图景，现在就尝试着从自己的角度论述一下这个话题（应该算是比较少有人考虑的角度）。
目前对于太阳系开发的主流思路是大体上是这样的：
一、分析某地符合人类生存的元素构成和到达便利性；比如火星有足够的铁、碳、水，可回收火箭+核裂变电推可以做到单次航班三个月抵达地球。
二、分析原材料产地的宜居条件条件；比如火星可以构建玻璃大棚，人们可以在大棚里生活和种植。
三、如果头两项可以实现的话，就认为那里会形成一个大型人类城市，人类会在外星城市里大规模复制地球城市里的生活。比如火星既有足够的原材料又能够构筑殖民地，那么就会出现火星城市群。
但是，原材料产地+接近地球气候=人类殖民地的概念，实际上是错误的。
从历史来看，人类聚居地其实主要是个交通概念，而不是原材料产地和宜居带的概念。因为原材料可以运输，宜居地可以创造出来。人类虽然起源于最宜居的非洲丛林，工业革命起步于欧洲内陆矿产地，但是最终大城市却集中建设在沿河和沿海大城市。比如你想象得到的主要特大城市：纽约、上海、广州、东京、巴黎、伦敦、柏林……都有这个特征。它们拥有最大的航运便利性，都不是原料产地。甚至上海、重庆、迪拜，原先的居住和建造条件都很差。只是因为运输的便利性，人们迎难而上克服了种种工程难题，在烂泥地里、在填海出来的盐碱地上、在沙漠和嶙峋的山崖上，硬生生制造出一个个大城市————感兴趣的朋友们，可以去查查重庆和迪拜的工程建造案例。



如图所示，人类灯光较亮的地区和矿产地没有太大关系，而主要是大河流的入海口，哪怕这些入海口的生存条件很差。

上海本来是荒芜的滩涂地带，但它有从内地河运来的初级原材料和水电，又有从海外航运来的芯片等高科技零部件，那么建立一个工业园区就可以把它们组装成手机和汽车，再分别运回内陆和海外，它也就这么发展起来了——上海就是一个内陆运输和海运的衔接节点，是一个运输节点概念而不是原材料产地及宜居地概念。
所以，未来太阳系大开发的主要人类活动集聚地，绝不会在地球、火星或是任何一个行星上，而是在行星附近的大型太空港口上。这是由太阳系两种航运方式的经济性决定的：星际运输和入轨运输。
入轨运输距离短、时间短成本高，高G高风险。很显然入轨运输低价值的货物并不划算，比如大批量的铁矿石就不大可能靠火箭送入轨道，入轨运输的只能是浓缩铀、碳纤维之类的高价值货物。
星际运输更像是海运，距离长、时间长、成本低、低G低风险。星际运输可以靠太阳能供电、光压、行星引力弹弓、核能、电磁弹射提供免费动力，所以星际运输可以同时承担低价值和高价值的货物。比如把位于小行星带的50米直径铁镍小行星拖运到火卫一，或是把上万个新出厂的太空建筑从木星外层轨道捆在一起拖到月球轨道，都是可以想象的。
久而久之，在入轨运输和星际运输经济效益最折衷的地方，就会形成一个个交通节点——类似于内陆运输和海运的交汇点的地球大城市。
在地球上，200公里~400公里高的轨道是火箭最有经济效益的地方，货物不会掉下去，也可以利用电推慢慢提升轨道。那么在近地轨道会不会存在一个大型太空港口城市呢？
我认为很有可能不会，因为站在整个太阳系的角度，地球和月球是一个节点。这不止是说月球有很多地球也有的矿产，而是说从运输角度来看，月球和地球的引力是互相影响的（互相利用引力弹弓），而且月球的入轨运输比地球便宜很多。
所以地月入轨运输的两条河流，很有可能会汇聚到一起，出现一个在地球和月球引力平衡点的大型港口，再转往星际运输——现在美国主导的通往火星的深空通道太空站的选址，就是在这些地方。其它系内行星最方便进入星际运输的轨道上，也都会出现大型港口城市，这些城市之间就会出现错综复杂的星际航线了。
至于在行星表面的大型原料产区和工业区，主要是靠自动化的设备在维持。就像现在广袤的麦田和露天煤矿，就算需要人来维护也只是很少人口，完全不需要太考虑那里怎么建造大型的人类生活设施。所以我认为讨论火星上的城市形态或是气候改造都是没必要的，因为那里不可能有大规模人类聚居。甚至从长远来看，就像从内陆移居到沿海大城市，人类也迟早会从地球大城市移居到地月星际港口城市。
真正重要的问题是：
一、站在太阳系整个经济体系的角度，什么地方出产什么物质是最经济的。
二、行星入轨转星际的太空港口城市的形态。
我先讨论第二个话题，因为这比较反直觉，大部分人还是觉得人总是要生活在地面上，行星表面才能更好、更经济的提供宜居环境。
这是不对的，我们目前在地球上的二维城市已经发展到了瓶颈，其交通低效是目前世界经济低迷和社会内卷化的主因之一。
纽约东京北上广深，这些一线城市中心都面临无解的交通问题。一是平面上的道路、地铁运力已经挖掘到极限（和运输工具的加速能力无关，因为上百层的塔楼人口摊到二维的地面层必然导致空间拥堵。私家车空有油门不敢踩，地铁站点过密没法加速），二是竖向的电梯交通已经决定了高层建筑在空间利用上是有天花板的（越高的楼电梯越多，导致同样占地面积的塔楼越高住的人反而越少，所以400米以上的塔楼毫无人口容纳力可言）。
一线城市十万一平的楼价就是这种低效的绝佳体现，为了克服最后一公里的物流、为了给新进城市人口挤多一所学校、为了解决火灾的逃生或是保留街心公园，都要付出昂贵的代价。而且十万一平米，实际上只能是十万三立方米，因为这是指楼面价。
除了物理空间存在密度极限，行星上的超大型高密度城市一定会催生一个大政府。因为重力决定它的人流、货流、信息流等各种系统拥挤在地面层，为了协调这些极度复杂的基础设施，必然需要大政府进行事无巨细的统一规划，个体的活动必然要适应这个规划。就像要把大大小小的各种玩具塞进一个小小的玩具箱里，你必须得静心安排叠放秩序和先后顺序，乱塞是塞不下的。也就是说，在地球上的大城市里，你没有办法和别人没关系，你和所有人都必然有关系，而且这些关系只能由大政府统一制定，你只能服从。不是出现了什么恶人或是不道德的体制想要限制个人自由，而是地球的高密度城市环境决定了必然没有个人自由。
每个市民没法选择生活和工作的方式，因为基础设施只能这么运作，你只能服从于交通规则和学区安排，你必须服从垃圾分类和电梯礼仪，这是必须的规划。现代人类不可能在现代城市文化中存在近代的文化多样性：1800年的苏州、东京、伦敦是完全不一样的生活方式。城市的建设非常随机自由，不需要大政府来统一控制。
从6、70年代开始，规划业界对于现代城市病有了诸多批判，这种批判一直愈来愈强烈的持续到现在，却没有根本的解决办法。现代规划界流行的多功能混合、分时使用、鼓励公共交通的思潮，更多的只是让市民在文化上适应公共生活，并没有根本的技术措施来解决城市病。
所以，在行星上建立大城市并不见得是最经济的选择。
在太空中建立城市，有可能比在地球上更加经济和自由。
我们通常想象太空城市的内部空间有以下几种形态：
一、国际空间站那样的多分支管道空间、或是《2001太空漫游》里的旋转环形管道空间；




二、《极乐空间》和《星际穿越》结尾里的那种旋转的大型筒状圆柱面空间；




三、《星际特工》里的千星之城那样一个个大腔室里的人造重力空间。




然而，以上三种想象都很有可能是错的。这些想象里的工程技术都很大胆，大型的旋转离心结构，甚至还有人造重力，这些都有显而易见的工程难度。它们都有一个很重要的共同点，就是认为人类必须生活在一个二维平面上。甚至在这些空间站立里还出现高层塔楼和多层洋房这些地球上的构筑物。
其实这是不对的，在太空中，最经济的建筑物形态当然是球体。



毕格罗充气太空站，就是球状结构

因为球状有最优良的承压能力和结构强度，表面积最小却能容纳最大的内部空间，当然是太空无重力真空环境下的最优解。（除非人类进化出不需要大气生存的能力，那时候就不需要封闭的空间站了）



国际空间站上的验证舱体

当然最理想的是出现一个透明的承压壳，可以直接引入阳光和外部视野。未来的空间站很有可能长下面这个样子：



金鱼缸内部就是各方向都自由的环境



国际空间站上宇航员最爱待的地方就是这个半球形的玻璃仓，因为它有极好的外部视野。



安德的游戏里的玻璃球形作战训练室最接近理想的太空建筑形态

所以，未来的太空港口城市很有可能是一个个这样的大型球状空间站。
那么，我为什么花上面这些篇幅来说明空间站可能的形态呢？因为人类的太空城市形态将会决定太阳系可承载的人类数量级，也决定着人类文明的走向。别忘了，我前面说过，现在我们地球上的城市文化，你的所有日常生活和工作，就是由我们高楼和道路的形态决定的。
如果这种球状的构筑物成为太阳系的常态，你会发现太阳系可承载的人类数量是几乎没有上限的。
从我们通常的观感来看，地球非常大，半径6371公里，表面积有5.1亿平方公里，总质量有60万亿亿吨。看看下图这气势磅礴的地球生态圈，我们难以想象在太空能够凭空创造出与星球相媲美的世界。


然而，我们由于重力环境，通常是意识不到地球上我们生活其中的生态圈，只是一层薄薄的二维膜。


地球大部分质量是不参与生态圈运作的高温地幔地核，维系生态圈的主要是表层土壤和大气层。我们的生态圈和地球的比例关系，相当于在个打篮球上套着个气球。
地球大气层及表层土壤、表层海洋，参与生态圈循环较多的总质量只有1万亿吨，相当于地球总质量的百万分之一。也就是说，整个地球的物质总量，实际上是可以承担百万个现有的生态圈，所有行星物质总量，理论上是可以承担近十亿个地球生态圈的。
即使只开发利用运输较为容易的小行星带物质，那也是几十上百个地球生态圈的规模。
那么，地球生态圈放到太空上到底有多大呢？
如果大气层按照一个标准大气压来压缩的话，体积只有25亿立方公里，也就是个842公里半径的小气泡，如下图：



大气层与地球的比例关系

如果再考虑到地球生物大部分的活动只集中在地面以上100米，那么地球生物需要的空间只有5000万立方公里，只是一个228公里半径的小球体积



地球生物活动空间与地球的比例关系

我们人类只能在地球表面5米的范围内活动，那只是250万立方公里的空间，即84公里直径的球体体积



人类活动空间与地球的比例关系

也就是说，我们旅行到地球上的每一个角落、航行经过每一片海洋、爬过高山上的每一片石头，经过平原上的每一片草地、越过冰川上的每一道皱褶，所活动过的空间其实只是上图地球旁的一个小泡泡。
当然了，没必要在太空建立那么庞大的架构，太空城极有可能是一些漂浮着的城市聚落。直径从10米到几百米都是在工程可能实现的（具体的实现方式以后再聊）它们之间可以连接也可以独立，甚至还可以出现层层嵌套的情况，在超大型太空城里漂浮着一个个小型的球状构筑物，可以作为大气泄露时的临时掩体。


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以后再详细的讲解太空港口城市为啥可以那么经济。我先跳回来，说说太空的物流成本构成，因为这也会决定人类太空城市的形态——建筑界有个真理，既建筑的形态是由当地最经济的建筑材料决定的。我们地球城市主要由钢筋水泥和玻璃构成，就是因为它们最经济。
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地球上的物流成本，最便宜的是海运，海运要远远比内陆河运便宜，河运又比火车运输便宜，火车运输又远比汽车运输便宜，汽车运输又远比飞机运输便宜。
那么海运为什么便宜呢？因为水面有洋流和气流，远洋货轮可以只用少量燃料行驶到洋流上，顺风开到目的港口附近。
第二个原因很少人意识到，那就是海运吞吐量大。海运可以把大量货物集中运送，装卸难度小。而且海运适应性强，既可以运送散货也可以运送大型构造。
轮船本身便宜，也可以造的很大，大部分体积就是钢铁，发动机皮实耐操，运行环境也稳定。
所以这就决定了人类的产业活动集中在海岸线。
星际运输的早期和大航海时代很像。
光压就像是洋流，星球引力就像是季风。而且光压和引力比洋流季风还稳定可预期，甚至更容易利用。光帆也比风帆运行环境单纯，真正高技术的地方在于怎么把光帆做得很薄，目前的两次实验都非常成功，并没有什么技术障碍。
从太阳系内层往外层的光压加速能力，要比由外而内大很多。这就决定结构性的最大规模的货运方向是由内而外。从水星方向出发的飞船由于接近太阳，在很短的时间内就有很高的速度。而从海王星出发向内的光压飞船，要经过几百倍的时间才能产生同样的速度增量。
然后太阳系的内侧行星分布更密，从水星出发很快就到了金星地球和火星，所以可以很早就利用引力弹弓加速。
不过这也带来一个坏处，这就是一开始我们很难利用水星的资源，因为从地球利用光压到达火星，要比从地球到达水星廉价的多。
光帆飞船应当会出现大航海时代那样的吨位竞赛。因为光帆是一次性投入永久使用，所以它会成为太阳系大开发初期最炙手可热的资产。资金的涌入让建造更大的光帆有了研发动力。
最初的光帆就可以达到几百米半径。这倒不是目前碳纤维结构不够强，而是因为初期太空工业不完善，光帆没法太空建造，都要由地球发射入轨，所以展开结构和火箭整流罩的矛盾限制了它的尺寸。
到组装工艺更纯熟之后，可以在地月太空港(深空通道)组装光帆，那么就可能出现公里级别的光帆。到了能够在太空中生产碳纤维之后，光帆的直径几乎就没有限制了。因为太空空间无穷无尽，再大的构造都可以整体建造。
最终石墨烯帆面的厚度会决定光帆规模效应的尽头，几百公里半径的光帆是行星尺度的物体，而帆面只有几个原子厚，这就是人类在宏观和微观两个极端方向的伟力证明了。而且这是依目前科技工程能力就可以想象到的清晰路径。
货物朝向太阳一面的软质结构的光帆，半径可以达到几千公里，帆面由亿万根肉眼不可见的碳纤维汇聚到一起再牵引到货物上，就像一个长达上万公里的漂浮在太空中的水母。这样的光帆可以牵引上亿吨矿石，长达几年的旅程一次可以把一座小山从地球轨道送到土星轨道。由于反射率非常高，光帆接近完美的镜面，所以即使光帆在海王星轨道，从地球上也能时不时看到它们反射的光芒，就像一闪而过的星星。掠过地月系统的时候，明亮的光帆就像探照灯一样扫过晚上的大地，让月亮黯然失色。
由于潮汐力的影响，这种光帆不大可能太靠近行星引力范围，所以每次利用引力弹弓加速的时候，都要赶紧提前把光帆收回。因为越靠近行星得到的加速、减速效应就越强，所以每次引力弹射都是一次豪赌——飞船沿着早就计算好的轨道切向木星，在木星大气层边缘呼啸而过。因为光帆飞船上唯一能提够提供自主动力的电推发动机动力太弱，只能够用很长时间调节飞船的姿态，所以一旦轨道错了一点点，误差都会导致上亿吨的货物坠入大气化为流星。
而从行星引力深井爬出来后，飞船又得重新展开光帆，这又是一场史诗级别的豪赌。旋转甩开的光帆就像缓缓舞动的裙摆，但那些航运公司的股东们却不会有心情欣赏这种动感的诗意，因为展开稍有不慎，出现了碳纤维绳子缠绕，那就意味着漫长的重新梳理的过程。如果太久没有动力，光帆偏离航线太远无法纠偏，那就得等待目的地行星再转一圈回来——土星的公转周期是29.5年，更别提更外侧的行星了。呼叫电推进拖船是更不可能的，因为这会让物流成本上升一个数量级，光帆飞船拉的都是低价值的矿产，一但错过航线就意味着货物全部打了水漂。每次掠过行星都是赌博，成功了就有无数矿产空头腰缠万贯，一但失败了买多的就狂喜不已，因为那种矿产在太阳系外侧价格将会飙升，而太阳帆航运公司老板就会跳楼——如果他还生活在地球上的话。
当到达太阳系外侧的目的地后，光帆会再一次收起来运到港口。当地相对稀缺的货物会被卸下，另外一些本地出产的货物被装上电磁弹射轨道和光帆一起弹射向太阳系内侧。
越过小行星带的冻结线以后，轻质物质会慢慢的在太阳系外部沉积下来。所以小行星带以外有充足的水和甲烷。这些特产在太阳系内算中等价值的原材料，它们是人类生活必须的有机物来源，但储量又足够丰富而且开采便利，决定它们价值的是物流成本——电磁弹射是太阳系大开发常用的运输手段，费用仅次于光帆。
电磁弹射不需要工质只需要能源，而且投放速度调节范围很大，所以可以广泛利用到气态行星的卫星上。那里没有大气，可以直接把货物投送到木星的拉格朗日点上的太空港口。在太空港口货物进一步汇集，凑够一定数量后就和光帆飞船一起打到太阳系内侧，在内侧目的地光帆重新展开，像降落伞一样落回那里的太空港。
在太阳系外侧很容易就可以得到超导环境，所以产生磁悬浮本身并不需要太多技术，有意思的可能是轨道的长度。轨道越长加速越柔和，对供能系统要求就越低，损耗越小故障率也就越低。
待更

丫头喜欢说频

谢谢把我邀到这么一个巨大的题目里面来。


巨大的问题需要巨大的回答，所以这里我准备详细讲述一下现在人类对太阳系内各处开发的设想。各位不妨倒一杯茶，听我慢慢道来。


图片来自Pictures Solar System in Order

1. 开发月球



图片来自Is theMoon Really Stationary & Why We Can't See Darkside?

自亘古以来，月球就悬挂在夜空中，引起几千年来人类无尽的遐思。当人类开始计划离开地球摇篮，走向星辰大海的时候，家门口的月球当然就是我们的第一站。

1.1. 为什么要开发月球

首先，人类开发太空的核心目的是把地球文明的火种洒向宇宙，并且在地球遭遇毁灭性打击的时候，让人类文明得以延续。所以，开发月球的一个重要目的就是建立月球殖民地。

开发月球最直接的好处就是资源。月球上有大量的氦3。氦3 可以作为核聚变燃料，而且没有辐射，是人类文明未来的完美能源。100吨氦3可以满足目前人类一年的能源需求，而月球的氦3储量估计为100万吨，就是说足够人类使用1万年（按现在的需求）。氦3 产生于是太阳的核聚变，随着太阳风来到月球。在几十亿年的时间内，积累到了今天的丰富储量。而地球的磁场挡住了危险的太阳风，同时也把大好资源拒之门外。此外，月球上的其他矿产，如钛铁矿，储量也十分丰富。

最后，月球也是进行科学观测和研究的理想地点。因为这里没有地球上大气的干扰，也没有让天文学家抓狂的天气现象，在月球上架设的大型望远镜可以给我们清晰的宇宙图像。

1.2. 基地选址

月球的两极是建立基地的黄金地段。月球的自转轴和黄道面（所有行星的公转平面）几乎垂直，南北极圈半径不到50公里。即使在极昼时，阳光入射角仍然很小。这就导致一些低洼处（如某些陨石坑）中永远照射不到阳光，而一些比较高的地方（如山脉）却能有不分昼夜的永久光照。这两种地形对基地都是非常有用的。永久荫蔽的低洼地区可以找到珍贵的水冰；而永久光照的地区是铺设太阳能面板的好地方。



在月球的两极中，南极的条件优于北极。距离南极点仅116公里的Shackleton陨石坑适合建立科研基地。陨石坑内的低温有利于红外线望远镜，同时它屏蔽地球无线电干扰的特点有利于射电望远镜。陨石坑边缘有很多高地能得到持续阳光，可以建立太阳能电站作为陨石坑基地的能源。

图片来自Shackleton (crater)

距离Shackleton陨石坑120公里，是高达5000米的Malapert山。它的顶峰总是在地球的视野范围内。在这里架设通信中继站，既可以大面积覆盖月球，也可以和地球联系。附近的Shoemake以及其他陨石坑有很大的阴影区，很可能隐藏在储量丰富的水冰。南极地区的Aitken盆地是月球上最大最古老的冲击地貌，为月球研究打开了一扇内部地层结构的窗口。


北极的Peary陨石坑也是一个理想的位置。这个陨石坑的部分边缘有永久光照，所以温度可以保持在零下50度左右，和地球上的极地温度接近。这个陨石坑内部可能有水冰。

赤道地区的主要优点是有大量的氦3聚集。这是因为氦3来自太阳风，而赤道地区对太阳风倾角比较大。另外，从赤道发射飞船也相对容易。月球有缓慢的自转，而赤道的自转线速度最大。从这发射可以充分利用自转提供的初速度。

月球的背面（远离地球的一面）无法和地球直接通信。如果在这里建立基地，我们需要使用运行在地球和月球的L2拉格朗日点的中继卫星。月球背面的主要优点是氦3储量比较大。地球磁场帮助月球正面挡住了部分太阳风，而月球背面是完全暴露的，能够收到更多随风而来的氦3。此外，月球背面完全不受地球无线电干扰，非常适合架设射电望远镜。

在环月轨道上建立基地也是一种选择。在低轨道上，环绕月球一周只要两小时，所以基地散失热量的时间很短。而在L1和L2拉格朗日点上的基地总是能得到阳光，这就保证了稳定的能量供应。在太空中的基地需要以自转的方式来产生人工重力。

1.3. 修建基地

月球基地需要应付月球上的严酷环境，解决很多问题。月球上没有空气，来自太空的微型陨石可以长驱直入，到达月球表面。没有大气层的另外一个后果就是昼夜温差极大。 在345个小时的漫长白昼，温度可以高达123摄氏度，而在354个小时的漫漫长夜，温度可以降到零下153摄氏度。由于没有磁场，月球沐浴在强烈的太阳和宇宙辐射中，这对人类是致命的伤害。

在月球上修建基地有很多方法，最简单的就是直接把基地修建在月球表面。建筑材料可以直接取自月球。月球土富含硅和铁化合物，可以融成玻璃状固体。这种月球玻璃有足够的强度用于建筑。为了达到保温，防辐射和防微型陨石的目的，这样的基地最后需要用月球土掩盖起来。所以，希望看到下图那样充满科幻风格的月球基地的同学恐怕要失望了。表面基地的一个理想地点是陨石坑。陨石坑的阴影地区可以帮助阻挡部分辐射和微型陨石。基地也可以采用人工磁场的方式来抵挡辐射。另外，月球表面的某些地区有比较强的局部磁场，也是建立表面基地的理想地点。


图片来自NASA Moon Colony (page 2)

安全性更高的方法是把基地修建在地下。这样的基地对温差，辐射和微型陨石的防御效果都不错，但是同时也大大增加了施工难度。修建地下基地的步骤是这样的。首先，用遥控的挖掘机在地下挖掘洞穴，然后加固洞穴以避免坍塌（可以使用加固矿坑的技术），在洞穴内壁铺设一层隔热材料，最后把可以自行封闭的居住单元放进去就大功告成了。

其实，月球已经给地下基地准备好了洞穴 - 熔岩管。在月球形成的早期，月球表面流淌着大量的熔岩。暴露在表面的熔岩很快冷却变成坚硬的岩石，而内部的熔岩依然在慢慢流淌。在一些坡度较大的地方，岩石下面的熔岩可能全部流走了，剩下一个空空如也的管道。熔岩管在地球上并不少见，而在月球上也已经有熔岩管被发现。现存的熔岩管经历了数十亿年的时间考验，十分坚固可靠。


图片来自File:Thurston Lava Tube.jpg

1.4. 能源

太阳能面板可以提供月球基地所需的大部分能量。但是在漫长的黑夜，我们就需要别的能源了。通过氢氧反应把化学能转化为电能的燃料电池是一个不错的选择。白天太阳能面板产生的多余电能用来电解水，产生氢气和氧气，夜晚用氢气和氧气驱动燃料电池发电。考虑到日食和其他紧急情况，即使在有永久光照的两极部分地区，燃料电池也是不可或缺的。

此外，核反应堆也是对太阳能面板和燃料电池的有效补充。

1.5. 运输

在比较平坦的地形上，月球车可以作为最常用的交通工具。根据不同的用途，月球车有多种型号，比如小号的开放型到大型的密封加压型。铁路可以用在距离较远的基地之间的交通。和传统的铁路比较，磁悬浮列车是比较有吸引力的。这是因为月球上没有空气阻力，磁悬浮列车可以达到地球上飞机的速度。

而在地形比价复杂的地区就只能使用载人飞行器了。

从月球表面到太空的运输就代价就比较高了。一种节省燃料的新技术是电磁投射，这是一种不用火箭而是通过磁场加速的发射装置。这种装置的主要部件是大量沿着发射轨道排列的电磁铁，依次打开电磁铁可以让轨道上的物体持续加速。当物体离开轨道时， 其速度已经达到了逃逸速度，可以离开天体的引力场。

图片来自Mass driver

电磁投射器可以把货物投射到地月之间的L1或L2拉格朗日点，然后再通过其他太空运输工具（如太阳帆或离子火箭）把货物运到地球或别的行星。

从月球到太空运输的另一个方案是在月球表面和L1/L2之间建立太空电梯。

2. 开发火星


图片来自Mars

在地球的夜空中，明亮的火星显示出淡淡的红色，所以在希腊和罗马神话中，它总是和战争联系在一起。随着望远镜的出现，模糊的火星影像点燃了人类对这颗红色行星的奇妙幻想。在19世纪末到20世纪初，人们相信火星上布满了用于灌溉的运河。他们甚至画出了火星的运河地图（见下图）。这当然就意味着火星上生活着可以创造文明的智慧生命。从此，火星成了科幻小说和电影中外星人的大本营。

图片来自Martian canal

在太阳系行星中，火星是太空殖民的首选。和其他行星相比，它的优点太多了。

2.1. 火星概况

火星和地球相似的地方很多，比如，


1.     火星上的一天是24小时39分35.244秒；
2.     火星的表面积是地球的28.4%，略小于地球陆地面积；
3.     火星的自转轴倾角是25.19度（地球是23.44度），所以它的季节也和地球相似；
4.     火星上的一年等于1.88地球年；最后，火星上有水冰和液态水。

然而，火星并不适合人类居住。首先，它的大气层十分稀薄，火星大气压只有地球的0.5%，而且只有0.1%是氧气。其次，火星没有地球这样规模的全球性磁场，所以太阳和宇宙辐射可以直达火星表面。第三，火星的温度很低，平均在零下87度到零下5度之间。最后，火星的重力只有地球的38%。我们知道长期的失重将导致肌肉萎缩和骨质疏松，但是火星的微弱重力对人体有多大影响现在还是未知的。

2.2. 飞向火星

飞向火星最节省燃料的方式是充分利用地球的公转速度。采用下图的Hohmann轨道转移，以目前的化学火箭技术，从地球飞向火星需要9个月。


图片来自Hohmann transfer orbit

采用更优化的轨道，只需要6到7个月就可以到达火星，但是对燃料的需求也会更大。这是现在化学火箭技术能做到的极限。如果要继续缩短飞行时间，就需要改变火箭推进技术，比如核动力火箭理论上可以在两周之内完成旅程。

载人飞船在火星着陆是一个难题。阿波罗飞船在月球上着陆的时候，采用的是喷射火箭减速的方式。而火星的重力远大于月球，所以阿波罗的着陆方式不适用。火星的空气过于稀薄，利用空气减速的大气制动技术也难以发挥效果。所以，我们需要为火星任务设计全新的着陆方式。如果碳纳米管技术有重大进展，建立太空电梯是一个解决着陆问题的方案。

2.3. 和地球通信

当地球出现在火星天空的时候，火星基地和地球通信是很容易的。但是，当地球落到火星的地平线以下，就无法直接通信了。这种时候，就需要借助围绕火星旋转的中继卫星。NASA在火星轨道上部署了很多中继卫星，也就是说，火星通信卫星网络已经存在了。但是，由于巨大的距离，两地通信延迟为3 - 22分钟（根据火星和地球相对位置），所以电话或实时聊天都是不现实的。

当火星和地球位于太阳两端的时候，通信会被太阳阻挡。每一次两颗行星运行到这个位置时，通信都会中断一个月。如果在地球-太阳的拉格朗日点L4或L5部署通信中继卫星，理论上可以解决通信问题。但是，部署在如此遥远位置上的通信卫星很难达到所需的功率。此外，L4和L5的卫星虽然很容易达到稳定状态，但是太空尘埃也很容易在这里聚集，对卫星造成破坏。


一个替代方案是在火星上空部署中继卫星。卫星带有太阳帆推进引擎，让自己运行在黄道面以外。这样它就可以越过太阳，实现地球和火星的通信中继。

2.4. 早期的火星探索


图片来自Mars Direct | TheMars Society

在大规模建立火星基地之前，需要进行多次探索任务，以获取火星的大量详细信息。说到火星探索，不能不提火星学会提出的Mars Direct（直达火星 Mars Direct | The Mars Society）计划。以往的火星计划往往需要极大的开销和未来科技，如首先建立月球基地或者在地球轨道建造大型太空船。而MarsDirect计划提出使用现在存在的科技，用最小的代价获得最大的探索成果。它是目前最为成熟的火星探索计划。最近上映的电影《火星救援》也深受这个计划影响，这一点从电影中的很多细节可以看出来。

计划是这样的。


1.     第一次从地球发射的飞船携带一个地球返回舱，经过6个月的航行到达火星。这个返回舱不携带宇航员，由机器人控制。返回舱携带8吨氢，小型核反应堆和化学工厂。


2.     在火星上安置小型核反应堆和化学工厂。化学工厂开始工作，用自带的氢和火星大气中的二氧化碳生产甲烷和氧气。这个过程耗时10个月。
3.     在得到火星上燃料生产完成，并等到第一次发射后26个月，第二艘飞船携带一个居住单元和宇航员离开地球。宇航员至少要4人，这样他们就可以分为两组，进行不同的任务。飞船在飞行途中，采用自转的方式产生1g的人工重力。

如上图，居住单元和飞船主体分离，用缆绳链接。居住单元启动火箭进行微小的推动，它们就可以围绕共同的质心旋转，产生人工重力。
4.     同时出发的还有另一艘携带返回舱的飞船。这艘飞船使用耗时8个月的慢轨道，所以它达到火星的时间比载人飞船晚两个月。如果载人飞船着陆火星后，发现第一次的返回舱是完好的，第二个返回舱就会降落到其他地方。否则，第二个返回舱就会降落到第一个返回舱的位置。这样保证了宇航员总是有一个返回舱可以使用。
5.     载人飞船到达以后，居住单元和飞船主体脱离。居住单元环绕火星一周，寻找着陆点信号，并确认着陆点安全。然后居住单元进入火星大气，用气动刹车的方式着陆到第一次返回舱的地点。


6.     降落以后，宇航员在火星上工作18个月，进行科学研究。在火星表面，他们使用一个小型的火星车作为交通工具。火星车的能源是前面制造的甲烷和氧。


7.     完成研究任务后，宇航员乘坐返回舱离开火星。发射返回舱的燃料仍然是前面制造的甲烷和氧。
8.     返回舱和飞船主体会和后，开始返回地球的航程。飞行途中，仍然采用自转的方式产生人工重力。
9.     后续的发射任务间隔为两年。每次同样包括一个居住单元和返回舱。居住单元将降落在上次的返回舱地点，而返回舱将降落在新的地点。这样就能逐渐扩大火星表面的探索范围，为将来建立火星殖民地奠定基础。

上面的图片来自纪录片《Mars Underground》（https://youtu.be/tcTZvNLL0-w）

2.5. 火星基地的选址


火星的南北极的优点是有随季节变化的冰盖，可以为人类基地提供水资源。然而在其他地区发现液态水之后，吸引力就降低了。

赤道附近的火山ArsiaMons有巨大的天然洞穴。洞穴在抵抗辐射和陨石的性能都十分出色，所以可以在这里建立地下居住区。另外，赤道附近可能有地热资源。在ArsiaMons内部有一些长度相当可观的熔岩管。熔岩管可以完全遮蔽辐射，是建立基地的理想地点。

Valles Marineris是火星的大峡谷，长达3000公里，深达8公里。它的优点是峡谷内的大气压比火星表面高25%。

2.6. 火星的经济发展

就像历史上开发新大陆一样，经济是火星殖民地成长的关键环节。将来，火星可能成为粮食生产和为小行星带开发制造设备的重要基地。然而，在火星的开发阶段，最大的经济问题是建立基地的巨大投资和地形改造。

火星基地的发展方向应该尽量消耗本地资源。在火星上，对人类生存最为重要的水/冰都不是问题。重要的工业原料，铁，在火星上储量也十分丰富。火星表面遍布着氧化铁（这是火星表面红色的来源）。但是，更有用的铁矿是铁镍陨石，因为这种铁矿比地面的氧化铁更容易提炼。

对于火星农业发展来说，最重要的是肥料。如果我们最终也没能在火星发现生命，那么火星就没有自己制作肥料的能力，火星土地就会非常贫瘠。唯一的选择就是从地球输入肥料，直到火星的生态环境改变到足以支持有机物循环。

太阳能可以成为火星基地的主要能量来源。由于距离太阳较远，在单位面积上，火星得到的太阳辐射能量只有地球的42%，但是火星大气十分稀薄，让更多的太阳辐射到达火星表面，所以火星表面的日照能量和地球上的阴天相当。

核能可以作为太阳能的补充，但是这需要从地球输入核燃料。由于核燃料体积不大，所以整体的运输费用非常便宜。为了降低频繁运输消耗的能量，有必要在火星上建立太空电梯。下面是一个十分有创意的火星电梯设计方案。





电梯分为两级。内层电梯连接火卫一（Phobos）和火星。火卫一被火星潮汐锁定，总是用同一面朝着火星。这就为修建电梯提供了方便。

电梯的底部位于火星的大气层顶部，距离地面大约60公里，并且以0.77公里/秒的速度围绕火星公转。由于这个位置火星自转线速度为0.25公里/秒，所以电梯底部相对于火星地面的速度为0.52公里/秒。所以，向电梯装载货物的时候，需要先用电磁投射装置把飞行器投射到大气层顶部，然后，飞行器用自己的火箭引擎改变轨道，进入电梯底部的传送站。

第二级是外层电梯，它从火卫一向太空延伸6000公里。外层电梯的顶端是一个发射平台，用于飞船着陆或起飞。在这个太空电梯系统中，火卫一作为一个中转站。同时，火卫一上也可以建立工厂，使用本地的矿产为火星加工工业原料或者生产飞船的推进剂。

3. 开发金星


图片来自
Venus

金星是除了太阳和月亮以外，天空中最亮的天体。 金星的光甚至能在地球上照出影子。人类对金星一直充满了美好的想象。在中国，人们把它称为长庚或启明；在古代希腊和罗马，它是爱和美的女神。

然而，当人类看清金星的真面目的时候，才发现这是一个十分严酷的世界。由于大气层中蕴含了大量的二氧化碳，它的大气压高达地球的90倍。失控的温室效应把气温提升到了骇人听闻的摄氏400多度，甚至超过了铅的熔点。前苏联向金星发射过多个探测器，金星5,6探测器在高空18公里处就报废了；金星7,8探测器成功着陆，并开始传送数据，但是也只坚持了1个小时。

在金星表面建立人类基地无疑是不现实的，所以现在的开发设想都是在上中层金星大气建立空中城市，以及一些富于科幻色彩的星球改造计划。

3.1. 空中城市

尽管如此，和其他行星相比，金星还是有一些优点的。


1.     金星的重力达到地球的0.904倍，完全不用担心低重力导致的肌肉萎缩和骨质酥松。
2.     距离地球很近，只有4千万公里，从地球到金星的发射窗口很短（584天）。
3.     大气中基本是二氧化碳。把空气中的硫酸过滤掉以后，二氧化碳可以用来生长粮食。
4.     由于氮气和氧气都比二氧化碳轻，充满氮气和氧气气球可以漂浮在50公里高度。

在这个高度，气温是摄氏75度，大气压和地球接近。气球中的氮氧混合气体可供人类呼吸，所以这样的巨型气球成了漂浮的空中城市。空中城市有很多优点，比如气球内外气压一致，即使气球破裂，空气泄露也十分缓慢，更不会爆炸。人在气球外不需要穿加压服，只需要携带氧气，并且防御高温和酸雨就行了。

金星大气中，这个高度有持续稳定的环金星风带，风速是95米/秒。4天可以环绕金星一周。空中城市无法固定，所以只能被风吹着绕金星公转。这种状况带来一个额外的好处。金星的一个昼夜是243天，长达121天的黑夜对依赖太阳能的空中城市是一个大问题。这个随波逐流的方案缩短了昼夜周期，问题就自然解决了。另外，空中城市也不需要高强度的防风设计。


图片来自
NASA's plan for our next world: a cloud city over Venus

3.2. 星球改造

要把金星改造成适合人类居住的星球，需要做的事情包括去掉金星上以二氧化碳为主的大气层；降低温度；建立和地球相似的昼夜循环。


图片来自
Should we terraform Venus first?

最直接的办法是建造一个巨大的太阳伞，挡住阳光。如果把这个太阳伞放在金星-太阳的L1拉格朗日点上。一个遮盖整个行星的太阳伞面积十分巨大。除了建造这个大伞的工程难度，保持它在轨道上的稳定也不容易。这个巨大的太阳伞受到太阳风的推力，很容易偏离，需要不断调整方向。在这个太阳伞的遮盖作用下，金星的温度会逐渐降低，大气中的二氧化碳会凝结成干冰。干冰可以就地掩埋或者运送到火星或木星的一些卫星。大气中的氮气在这个过程中自然保留下来。

另一个方案是从木星输入大量的氢，通过Bosch反应（Bosch reaction）可以生成碳和水。这个反应需要大量的铁质气溶胶，可以从水星输入。由于金星表面较为平坦，产生的水会覆盖金星表面80%的面积。剩下的金星大气压为地球大气压的3倍。空气会继续溶解到水中去，所以气压还会下降。

金星的昼夜周期很长，这是金星的自转速度决定的。要改变它的自转速度，难度比改造大气层还要大。这件事可以和消除大气层的任务一起做。当大量二氧化碳变成干冰后，在从金星表面用电磁投射方式把干冰块朝金星自转相反的方向射入太空，可以提高金星的自转速度。但这种方式需要的时间十分漫长，而且效果难以保证。所以，一个折衷的方案是用太空镜把阳光反射到黑夜面去。

4. 开发水星

在太阳系里，水星是距离太阳最近的行星。虽然亮度很高，但是它大多数时候都掩盖在太阳的光辉中，能够用肉眼观察的机会不多。


图片来自
The meaning of the dream in which you saw Mercury
总的来说，水星的环境和月球比较相似。

• 水星没有大气。
  
• 水星被太阳潮汐锁定，自转周期和公转周期比例为2：3。
  
• 自转轴倾角很小，只有0.034度。
  
• 昼夜温差极大。白天表面温度高达427度，而夜晚会冷到零下173度。
  
• 两极温度常年低于零下93度，所以极地陨石坑有可能有水冰存在。
  
• 由于距离太阳很近，水星接收到很高的太阳辐射能量。水星表面单位面积的太阳能量是地球的6.5倍。
  

和月球相比，水星的优点是重力达到地球的0.377倍，足以防止低重力对人体造成的危害。
基于目前对水星的了解，水星的开发价值远不如其他行星。水星严酷的环境使它注定不会成为人类的殖民地。而水星上是否存在有价值的资源，目前信息也不足。

和地球相似，水星有一个全球性的磁场，但是强度只有地球磁场的1.1%。这样强度的磁场是否会阻挡来自太阳的氦3降落还不得而知。水星磁场有可能把来自太阳的粒子引导到两极，形成两个氦3高度集中的地区。水星表面富含铁和硅酸镁矿，在太阳系内天体中表面含量是最高的，而且 分布集中，容易开采。

水星距离太阳很近，位于太阳引力势阱的深处，所以飞向和离开水星都需要消耗大量的能量。从地球飞向水星需要的能量甚至超过离开太阳系。不过这个距离也有一个好处：使用太阳帆引擎可以获得更大的推动力。如果我们要把水星的矿产运出来，可以把飞船的太阳帆折叠，用电磁投射器发射到太空，然后打开太阳帆。这种技术可以极大的降低从水星到金星的运输代价。

5. 开发小行星带



图片来自
NASA, ESA Telescopes Find Evidence for Asteroid Belt Around Vega

在火星和木星轨道之间，分布着大量小行星，估计数量超过50万，所以这个地区被称为小行星带（或主小行星带）。虽然这个数字看起来很大，但是分布在环日轨道上，实际上非常稀疏。从1972年的先锋10号开始，9个太空探测器穿过了小行星带，没有发生过一次撞击事件。实际上，小行星撞击探测器的概率仅为10亿分之一。
和开发大行星相比， 开发小行星有很多优点。

• 小行星意味着低引力。飞船在小行星上起降代价和风险都不大，对技术要求也不高。
  
• 由于数量巨大，探索和开采选择范围也很大。
  
• 小行星种类很多，化学构成差异性很高，可以满足建筑，燃料等多方面的需求。
  
• 有的小行星会飞到离地球很近的位置，开采这样的小行星的代价比开发月球还低。
  
• 小行星可以成为一些需要真空和低重力环境的原料加工基地。
  
• 很多小行星含有大量的水，碳等对维持生态环境至关重要的物质。
  

我们可以在比较大的小行星上面修建采矿和加工工厂，然后用飞船把产品出口到太阳系内的其他殖民地。阿西莫夫曾经提出在中空的小行星内部建立基地的想法。由于小行星数量巨大，这些空穴可以容纳大量的人口。
小行星带中最大的天体是谷神星，它是一颗矮行星，直径接近1000公里。小行星中比较大的包括灶神星，智神星等。它们都将成为开发小行星带的重要基地。
同时，开发小行星的困难也不少，例如对人体危害很大的低重力，微弱的太阳能，强烈的宇宙和太阳辐射。此外，很多小行星只是岩石或尘埃的松散结构，根本无法降落。
6. 开发木星



图片来自Natal Jupiter in the 1st House


木星是太阳系中最大的行星，它的质量甚至超过除太阳外其他所有太阳系天体的总和。古代中国把它叫做岁星或太岁，把木星在天空运行一周的12年周期（实际上是11.8年）定义为一个周天。在罗马神话中，木星是神王朱庇特。而我记忆中木星的印象，却是夜空中的笑脸（下图笑脸中左眼是金星，右眼是木星）。


图片来自Sorriso no céu: O encontro de Vênus, Júpiter e a Lua

6.1. 木星
木星是气态巨行星（gas giant），外层是以氢为主体的大气层；再往下是液态的氢；核心可能是液态和固态的金属氢。木星大气底层气压极大，以人类的技术无法深入，所以开发木星的方案是在大气层顶部开采氦3。
下面是木星大气的艺术想象图。


图片来自
Jupiter by JustV23 on DeviantArt
在木星附近进行开发的一个主要困难是辐射。木星外核液态金属氢的流动创造了高强度的磁场。这个强磁场和木卫 一（Io）释放出的火山气体相互作用，使木星成为一个巨大的辐射源。木星周围的辐射强度远远高于行星际空间。
和金星一样，我们可以在木星大气中找到一个大气压和地球相似的高度，并在这里修建空中城市和工厂，提取木星大气中的氢和氦3资源。但是，这样做困难很多，包括木星大气中强烈的风暴。此外，木星大气中的主要成分是氢，所以一点点氧气泄露都可能导致灾难性的后果。木星巨大的引力也会让人类活动变得十分困难。
6.2. 木星卫星


图片来自
Jupiter's Moons are Putting on an Amazing Show January 2015

木星卫星的开发价值也很大。在木星庞大的卫星家族中， 最具吸引力的是木卫二（Europa）。木卫二的表面是一层冰封的外壳，所以天文学家们一直认为，它的内部是巨大的液态水海洋。木卫二的火山活动为这个冰下世界提供着能量，很可能海洋中孕育了一个繁荣的生命世界。说不定有一天，我们在冰盖上钻一个洞，扔下鱼钩，就可以钓出外星怪鱼。这样一个海洋对人类基地的重要性毋庸置疑。它不但可以为人类生存和工业发展提供液态水，还可以电解提供氧气。
由于表面的极度低温和强烈辐射，木卫二表面并不适合建造人类基地。冰盖下的海洋中是更理想的位置。也许有一天，我们会在木卫二的海洋中建立大量的水下城市。
木卫四（Callisto）是唯一距离木星较远的大卫星，相对辐射强度也较低，是唯一可以建立表面基地的卫星。它将会成为木星开发的第一站。在木卫四上面建立的工厂可以为木卫二的开发生产机器和火箭推进剂。下图是木卫四基地的想象图。


图片来自
Callisto (moon)

木星轨道上同样分布着大量的小行星，它们大多在木星的L5和L6拉格朗日点附近来回摆动。这些的主要成分是水冰和尘埃，也就是像彗核一样的“脏雪球”。从这些脏雪球提取出来的水可以用于太阳系其他位置的基地建设。

7. 开发土星/p>在地球的夜空中，土星显示出淡淡的黄色。在中国古人的观念中，黄色属土，所以把它叫做土星。处于类似的原因，土星在罗马神话中是农神。土星优雅的光环，使它成为太阳系中外形最漂亮的行星。


图片来自
Real Pictures of Planets (page 3)
第一个发现土星光环的是伽利略。但是在他的比较原始的望远镜下，光环十分模糊，所以他把土星称为长耳朵的行星。50年后，惠更斯用更先进的望远镜才看清了光环的本来面目。


图片来自
New gadgets are opening windows on reptiles

除了质量小了一些，土星和木星十分相似。它也是一颗气态巨行星，深不可测的大气中蕴含着丰富的氢和氦3。我们可以在它的大气上层修建空中城市开采资源。同时，土星还具备一些木星没有的优点。首先，土星不像木星那样向外散发大量辐射；其次，土星的卫星系统具有极高的开发价值。提出Mars Direct计划的NASA科学家Robert Zubrin曾说过，土星是未来的波斯湾。
在土星的卫星中，开发价值最高的最大的土卫六（Titan）。


图片来自
Titan (moon)
如果你来到土卫六，会看到非常熟悉的景象。这里有河流，湖泊，海洋；天空中飘着朵朵白云；微风在身边吹拂；有时候，淅淅沥沥的雨水落下，水面上泛起一圈圈涟漪。除了温度比较低（零下180度），其他的看起来都和地球十分相似。然而，和地球不同的是，你看到的一切，都是各种气态和液态的碳氢化合物，大部分是甲烷。


图片来自
"Space Art"sanat癟覺lar
简而言之，土卫六就是一个燃料星球。当然，如果我们不想让温室效应把地球变成第二个金星，就不能把这些甲烷都搬到地球上去烧。但是，我们完全可以把这些燃料用于太阳系中各个地区的基地建设和飞船驱动。
要开采土卫六，需要在它的表面建立开发基地。显然，土卫六是不适合人类居住的，所以基地必须是密封的建筑。在这样的低温环境下，建筑的主要功能是供热。土卫六大气压是地球的1.5倍，所以建筑内外气压差不大，工程难度就比月球那样的真空环境降低了很多。但是，建筑的密封非常重要，轻微的氧气泄漏就可能引起大爆炸。
由于低温，土卫六的空气密度是地球的4.5倍。借助空气动力的飞机可以获得更大的升力，甚至人力扇动翅膀也可以飞起来。
然而，土卫六的重力只有地球的13.8%，比月球还低。长期居住在这样的低重力环境对人体的伤害是不容忽视的。
8. 开发天王星，海王星，柯依伯带和奥尔特云


图片来自
Neptune
天王星和海王星是冰巨行星（ice giant）。它们浓厚的大气层中也有丰富的氦3资源，可以用空中城市进行开采，也可以把基地建立在它们的卫星上，用遥控的机器人飞船开采它们的大气资源。
海王星的卫星海卫一（Triton）有强烈的地质活动，天文学家怀疑内部可能有液态水和氨的海洋。如果把内部的地热引到表面，就可以为海卫一基地提供能量。
海王星轨道以外的广大区域，分布着大量的岩石，冰（固态的水，甲烷和氨），和一些矮行星。被降级的冥王星就在这里。它的宽度是小行星带的20倍，总质量估计是小行星带的上百倍。这就是柯依伯带。
柯依伯带之外，是一片一直延伸到0.03光年以外的空旷地带。而这个地带之外，分布着无数以冰和尘埃为主的小型天体，在遥远而黑暗的太空深处缓缓游动。这里是奥尔特云，太阳系中彗星的主要来源。太阳系的其他天体都在黄道面上运动，而奥尔特云不一样，它是一个球形，从各个方向把太阳系包裹起来。奥尔特云范围很大，一直延伸到2光年以外，这是太阳到比邻星的一半路程。
很多天文学家认为，未来人类的理想定居地是海外天体（Trans-Neptunian Objects）。这里的海外是指海王星以外，包括柯依伯带和奥尔特云，不是出国移民的意思。弗里曼 戴森（记得戴森球吗？）就持这种观点。
海外区域有上千亿的冰质天体，它们包含对人类发展至关重要的水，氨，碳化合物和氦3。建立在矮行星上的人类基地可以使用氦3核聚变的能量，从矮行星开采水和其他矿物。由于矮行星的低重力，开采它们的内部资源非常容易。
在这个地区定居的另一个重要优点是，由于距离太阳很远，太阳辐射已经很低了。所以，基地完全可以建立在星球表面。考虑到低重力对人体的损害，另一个方案是把基地建立在矮行星内部。具体方法是，把矮行星内部掏空，在空洞中心放置人造太阳，然后把城市修建在洞壁上。矮行星自转的离心力可以起到人工重力的效果。


图片来自
Bernal sphere
到这里，人类已经完成了征服太阳系的任务，但这只是人类迈向太空的第一步，我们还要把人类文明散布到邻近的恒星系。距离我们最近的比邻星很可能也有自己的奥尔特云，那么从我们的奥尔特云基地出发，不需要使用科幻级别的飞船，就可以慢慢迁移过去，开始星际殖民的征途。
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这篇回答的大部分内容来自Wikipedia，大家有兴趣可以去阅读。
参考资料

• Moon, Moon
  
• Mars, Mars
  
• Colonization of the Moon, Colonization of the Moon
  
• Colonization of Mars, Colonization of Mars
  
• Colonization of Venus, Colonization of Venus
  
• Colonization of the outer Solar System, Colonization of the outer Solar System
  
• Exploration of Jupiter, Exploration of Jupiter
  
• Colonization of Europa, Colonization of Europa
  
• Callisto (moon), Callisto (moon)
  
• Colonization of Titan, Colonization of Titan
  
• Colonization of trans-Neptunian objects, Colonization of trans-Neptunian objects
  
• Mass driver, Mass driver
  
• Mars Direct, Mars Direct | The Mars Society
  
• Space Colonization Using Space-Elevators from Phobos,  http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20030065879.pdf
  
• Hohmann transfer orbit, Hohmann transfer orbit
  

随心所欲480

2193年，环月球粒子加速器建成并投入使用。
2209年，联合国总部迁往火星安吉洛城，该城市成为第一座由联合国管辖的独立城邦，人口逾2400万。
2221年，海里米德实验开采基地因设备大范围故障被太阳系开发银行回收拍卖。
2251年，加勒比海底城中心广场发生爆炸，活跃于金星南极地区的极端组织宣称对此次事件负责。（2222年，4688名科学家与工程师被派往金星南极的长庚小镇，负责维护金星工业体系的正常运转。 2224年，北约在长庚地区建立军事基地。 2226年，因长期的信息闭塞和供给不足，加之频繁的制冷系统崩溃，吉布森上校在长庚建立了极权组织。 2230年，长庚组织被联合国定性为恐怖组织。同年，该组织夺取了4处钼矿和3处铀矿的运营权限。）
2254年，奥古斯特共和国宣布脱离俄联邦，成为火星第一个脱离地球政府统治的独立国家。
2260年，火星实现粮食自给。
2266年，因金星地表剧烈的火山活动，多家在金工厂遭受巨大损失，无人员伤亡。
2273年，拦截者四号成功回收旅行者一号。同年各国签订《奥尔特云协定》，禁止任何组织或个人发射人类文明的产物到达太阳系以外的区域。
2275年，中华土卫一自治区驻军引爆了一颗即将撞击土星的小行星。保护了340万在土卫星居民的生命及财产安全，维护了多家在土卫星企业的经济利益。向全太阳系展示出一个负责任的星际大国形象。
2279年，地球人口总数降低至50亿之下。
2285年7月，新奥都威独立运动爆发。独立武装占领非盟驻火星总部。
2287年12月，日本舰队偷袭火星独立联盟太空港，第一次星际战争（第三次世界大战）爆发。
2288年1月，火卫一在火卫一战役中被摧毁，地球联军惨败。
2290年，火星GDP首次超过地球。
2293年/火历元年，火独联舰队登陆月球，与地球联盟签订停火条约。
火历11年16月，沿水星轨道建造的戴森环被指控违反《奥尔特云协定》（火历四年修订），在舆论压力下被迫停工。
火历14年，地球植被覆盖率恢复至工业革命前的水平。
火历32年，木卫二开发公司为其150万员工建立了首座太空城市。
火历88年13月，曼哈顿遗址申遗成功。

导群贵

先贴一篇文章
http://www.jhuapl.edu/techdigest/TD/td2702/mcnutt.pdf 实在是无力翻译。这篇文章参考了当下人类经济建设水平，提出了未来 100 年内可能达成的太阳系探索成就。截取一段规划贴在下面：
2020 James Webb 空间望远镜发射到第二拉格朗日点（地球背面那个）
2023 火星探测返回计划
2025 Crewed expedition to a near-Earth object to demonstrate hazardmitigation
2025 海王星探测
2030 永久月球基地
2030 载人火星探测
2035 外太阳系（气态行星）探测返回计划
2050 木卫四载人返回计划
2075 土卫二载人返回计划
2080 永久火星基地
2090 海卫一载人返回计划
由此可见，100 年内人类并不会有太超乎想象的发展。对于太阳系内每一个行星，难度：探测 < 返回式探测 < 载人返回任务 < 永久基地（如果有必要的话）。永久基地一定有对应的发射场地用于运送人员物资，自然也会发射相应的环绕卫星。
开采和利用能源十分重要，甚至是作为行星间旅行的基础。所以短期内月球能源开发是一定会先刷出来的一个技能点。之后火星能源开采，气态行星能源开采也是早晚会达成的成就。气态行星全是氢和甲烷啊，就是免费的大电池啊。可控核聚变技能点达成之后很可能会大大刺激外太阳系探测计划。届时四颗气态行星很可能作为能源基地得到开发，而相应的卫星上则会建立永久基地，相关拉格朗日点也会建立一些基地（用作科研的可能性更大）。水星金星环境恶劣，离太阳近，无法居住，但是有可能被作为某些条件苛刻的重工业基地。不过大多数重工业仍然会停留在地球附近，这个后文再说。至于冥王星，由于极其寒冷，可以用于长期保存历史资料文件（刘慈欣的推理是很讲逻辑的）。
关于地球的发展比较难预测。可以肯定的是在可预见的未来里地球都会成为最重要的母星。对地球了解、控制和掌握会很快提升，直到人类达到 I 型文明的水平（目前大约是 0.7 型）。再贴一个链接
2250 | Future Timeline ：
预计 2250 年人类将达到 I 型文明：


届时人类将完全掌握地球内外的物理规律并能随意控制天气等因素，人类、生物进化历史得到了极好的完善，人类曾经造成的伤害与污染被简单修复。生物、物理、化学融合为同一门学科，与极度发达的计算机和 AI 相结合为人类提供服务。可能所有生物都经历了基因改造，或许人人有脑机接口……人类将能够建立极其浩大的工程，可能地球的表面将被人造事物完全覆盖。人类对于能源的使用与索取到达了新的水准，地球表面变得明亮甚至发红。那时国家的概念不复存在，所有人说着一种混合着中日英语的语言。
水星金星附近会建设基地，火星地貌会得到极大的改善，月球可能已经成为一个新的大洲，在月球上（可能还有地球）太空电梯延伸到静止轨道的轨道环（如果稳定的话）。地球可能也会有自己的静止轨道环，和一些漂浮在低空快速绕转的线/片状空间基地（也许是工业/农业园区）。

好了脑洞继续，再说说未来两百年之后的故事。The Far Future：

2300 人人可以拥有超能力（基因改造/纳米机器人）
2500 火星正式变成地球 2 号
2550 500 年前排的氮气被全部回收
2600 塑料等污染消失
2700 金星地球化
2880 某颗叫 1950DA 的小行星可能会撞地球——哇好大一座矿山飞过来了，快去开采啊！！
3000 人均身高 2m+ 寿命120+，柱子（支撑用建筑）消失
3100人类达到 II 型文明，已经完全征服太阳，可以建造戴森球。
……

之后真的没法预测了，或许殖民其他星系就像100年后殖民月球火星一样简单？

不过还是可以开一个脑洞的：超大型粒子加速器

刘慈欣说要建环日的加速器，当时的人类一定有能力和财力去建设，但是环形加速器相比直线型的要耗费极大的能源（是直线型的 γ^2 倍大概）。而唯一优势就是方便运作管理。物理学发展是停不下来的，加速器只能越建越大越建越烧钱。很多人在宣传反物质，主要是因为反物质现在看来没有太大的技术难点。不过对于 1000 年以后的 II 型文明来说哪个更方便真的不知道。或许我们已经能直接从真空榨取零点能，或许能轻而易举的将简并态物质封装在一定的体积之内，或许我们已经找到了星际旅行的捷径……