# 阿里爾·埃克布勞：太空殖民與自組裝太空巨型結構

> MIT 媒體實驗室研究者談自組裝太空建築、小行星資源與人類定居太空的可行路徑。

- 原標題：#271 – Ariel Ekblaw: Space Colonization and Self-Assembling Space Megastructures
- 期數：第 271 期
- 釋出日期：2022-03-23
- 嘉賓 / 主題：阿里爾·埃克布勞
- 網頁版：https://lex.qiaomu.ai/tw/ep/ariel-ekblaw/
- 官方頁面：https://lexfridman.com/ariel-ekblaw/
- 精讀字數：約 6721 字（閱讀約 15 分鐘）

> 本文為 lex.qiaomu.ai 基於原始訪談的 AI 改寫中文精讀，非官方翻譯；引用請註明出處並連結網頁版。

MIT 有個博士生把一堆巴掌大的瓦片扔進微重力環境，它們自己拼成了一個球。沒有人指揮哪塊瓦片去哪，沒有中央控制器喊“一號瓦片去二號位置”，連遠端操作員都沒有。瓦片自己用近距離感測器和磁力計判斷介面接得好不好，接錯了就彈開重來。

這個專案叫 Tesserae，是阿里爾·埃克布勞（Ariel Ekblaw）博士研究的一部分。她當時是 MIT 太空探索計劃（Space Exploration Initiative）的創始人和主任，手下五十多號研究生、研究員和教職員工。她正在把實驗室的一條技術線分拆成公司，叫 Aurelia Institute。Aurelia 是古英語裡的“蛹”。

> 我們整個人類現在正處在蛻變的下一階段，像蛹一樣，變成一種太空物種。所以時機到了，而且非做不可，該去思考下一代太空建築了。（埃克布勞）

## 父母都是空軍飛行員，家裡有一份疫情預案

埃克布勞的爸爸是 A-10 攻擊機飛行員，媽媽當年也完成了戰鬥機飛行員的訓練和資格認證，只是那個年代女兵不允許參加戰鬥任務。她從小在兩位飛行員身邊長大。空軍飛行員轉宇航員在美國有一條很長的脈絡，這條脈絡在她童年裡佔了很大分量。

她說家裡會討論“什麼是勇氣，什麼是探索，站在一件困難事情的先鋒位置意味著什麼”。爸爸還是科幻迷，給她介紹海因萊因和阿西莫夫。她讀《基地》三部曲，記住阿西莫夫關心的那個問題：人怎麼在橫跨宇宙的距離和時間尺度上組織一個社會。技術細節在她這兒分量不重，社會結構才是她後來一直放不下的東西。

她提到家裡有一份“疫情預案”，說得很平淡，好像這很正常。

> 我們家以前就聊過這些。我們常說運氣偏愛有準備的人。所以從小到大，我們家真有一份疫情來了該怎麼做的家庭計劃。當時沒想過真的會用上。（埃克布勞）

## 一塊瓦片自己知道該不該分手

回到 Tesserae。這些瓦片在火箭裡是平鋪疊放的，發射成本低。到了軌道上被釋放出來，在微重力裡飄著，邊緣的電永磁體（electropermanent magnet）把它們拉到一起，自動對接。整套系統沒有任何中央智慧。

最關鍵的工程難點是糾錯。埃克布勞說，任何做自組裝的人都明白，錯誤檢測和糾正在這個領域的分量，和 DNA 序列裡的錯誤檢測、蛋白質摺疊裡的糾錯是一回事。

> 它們知道自己在組的結構對不對，也知道自己是不是在一段有毒的關係裡，需要脫身。（埃克布勞）

實驗室裡用的瓦片只有三英寸寬，兩年前送上國際空間站測試程式碼和狀態機。現在他們在做人尺度的瓦片，邊長 2.5 英尺。最終目標是直徑 10 米的球形結構，用瓦片拼出一個“巴基球”（bucky ball），內部開放空間的尺寸大於國際空間站上任何一個現有艙段。

埃克布勞反覆強調一件事，下一代太空建築不該只滿足於讓人活下來。

> 當你飄進那個空間的時候，能不能起一身雞皮疙瘩，就像你在地球上走進一棟絕美的建築那樣？我們認為，自組裝、這種模組化可重構的在軌建造演算法，能給我們一個真正值得住進去的太空建築。（埃克布勞）

## 三個她想在有生之年造出來的東西

第一個是太空教堂。世俗的也可以，重點在縱深和視線。在太空裡你不用站在地上仰頭看，你飄在一箇中心節點，朝任何一個方向看，都是一條長長的尖頂伸向遠處。

第二個更有機。不再用瓦片拼外殼，而是定義一個可以從住的節點模組，用“空間填充多面體”（plesiohedron）拼起來。最簡單的空間填充多面體是立方體，無限堆疊不留縫隙。另一個候選是截角八面體（truncated octahedron），把尖角切掉，露出的面可以互相貼合，兩個單元在一個氣閘處對接，四周都能掛上新的，慢慢長成一座去中心化的空間站。她想用一種形狀：鸚鵡螺。

第三個是光環世界（Ringworld）。一個巨大的圓環，可以環繞一顆行星、一顆小行星或一顆衛星。她笑著說，每本值得一讀的科幻小說裡都有一個光環世界。論文裡那張圖是一個環面上的六邊形鋪砌，用 Mathematica 生成的。

## 為什麼要在軌建造，不從地球運上去

火箭整流罩的尺寸是硬約束。貝索斯想要讓上百萬人生活和工作在太空，這個數量級需要的建築體量遠超現役任何一枚火箭的運力上限。出路有兩個：在軌組裝，或者在軌擠出成型。

埃克布勞的團隊在測試後者。微重力環境特別適合擠出工藝，因為在地球上會因為自重而下垂的長梁，在軌道上可以筆直地擠出來，直接成為大型桁架或結構的基礎。這項實驗幾個月後要上國際空間站。

模組化的另一個好處是可重構。現有空間站建成就定型了，你沒法從根本上改變它。自組裝系統可以拆開重來。任務變了，駐留人數變了，甚至只是要辦一場太空會議，昨天是窗戶的瓦片今天可以換成對介面，迎接五艘新飛船靠泊。埃克布勞說這是“可重構太空建築”真正的價值所在。

## 月球南極的一隻螞蟻

MIT 要重返月球。埃克布勞的機構牽頭這次任務，最早 2022 年底或 2023 年初，把研究載荷送到南極附近的著陸點，那也正是 NASA 阿爾忒彌斯三號計劃送第一批人回去的地方。他們的資料要直接支援那次載人任務。

載荷裡有一臺“星際螞蟻”（astro ant）。一個小型爬行機器人，四個磁輪，能吸附在任何磁性表面上，理論上可以在任何環境裡工作。去月球之前，團隊已經把移動性在各種材料上、在微重力裡測過了，用的是拋物線飛行的“嘔吐彗星”號。

這次只有一隻，是技術驗證，算不上真正的群體。它騎在一臺月球車上，月球車裝進著陸器，著陸器裝進 SpaceX 火箭。“一整套俄羅斯套娃，”埃克布勞說。

她還提到一個想法，能不能搞成 Twitch Plays Pokémon 那種形式，讓地球上的人真的操作這臺機器人，或者至少讓資料完全開放。她說 MIT 是很幸運的一群人，得想辦法把更多人帶上這段旅程。

> 我們一路走到月球，真正發現的卻是地球。（比爾·安德斯，阿波羅 8 號）

## 為什麼要造會社交的機器人

在太空裡，你不能開窗透透氣，不能出門走一圈把火氣散掉。埃克布勞說，這意味著艙段必須建成家，得真的照顧裡面的人。親生物設計、一個能讓你感覺身處自然的角落，或者一副 VR 頭顯。對某些人來說那是劣質仿製品，但總比什麼都沒有好。

2017 年他們第一次飛零重力航班，帶上了媒體實驗室開發的社交機器人，做了一個極小規模的人機互動研究。她的判斷是：未來任務裡，機器人不只服務你，它會成為隊友，對乘組的心理健康和穩定性有實際作用。她引用了 MIT 同事凱特·達林（Kate Darling）的研究，人對機器人會產生真實的依戀。

NASA 到現在還沒定下來，長期任務派已婚夫婦還是單身乘組更好。已婚夫婦能給彼此穩定性，但也會吵架，關係張力很硬。這個問題的答案還懸著。

埃克布勞覺得疫情是個意外的對照組。封控期間，有的婚姻散了，有的更緊了，單身的人裡有的掉下懸崖，有的找到了新的意義。

## 火星不是地球的備份

去火星單程六到九個月，往返大約三年。中間那段“停留”得在原地等軌道視窗重新對齊，插不進任何計劃。埃克布勞說得很清楚，三年和月球的三天完全不在一個量級。乘組出現心理問題或者裝置故障，三天能回來，三年回不來。這些課題都得在真正送人上火星之前搞清楚。

她對火星的態度比很多太空愛好者冷靜。土壤裡的高氯酸鹽有毒，不能直接種莊稼；大氣太薄，既不能呼吸，防護性也遠不如地球。小型前哨站可行，參照南極麥克默多站的模式，2030 年代大概能實現。但“一整段人生都在那裡度過”是另一條線。

> 如果電子裝置壞了，那裡沒有 RadioShack。火星上沒有供應鏈，能支撐我們日常生活所依賴的那種技術複雜度。所以你會退回一種非常簡單的生活，更像美國西部拓荒者的日子。（埃克布勞）

人類在太空怎麼鋪開，她有一個最容易被同行反對的判斷：真正會長起來的是軌道上的漂浮城市，不在行星表面。人們預設的圖景是殖民行星，她認為擴散的形態會像變形蟲，一片一片長出來，月球附近一片、小行星附近一片、火星附近一片，各自貼著資源分佈，而不是均勻地往外推。

低軌會先變成那樣。她同時指出這帶來一個真實的監管難題：軌道上每一座閃亮的太空城市，對地面天文學家都是一顆新的光汙染源。

## 輻射是大事，心理健康也是大事

在國際空間站上，地球磁層還護著你。一旦離開範艾倫帶，輻射對長期健康的影響就成了嚴重問題。防護要麼靠厚重的殼體，鉛很有效但太重，發射成本極高；要麼靠藥物，讓人對輻射損傷不那麼敏感。這兩條路都還沒有答案。

除了輻射，她最常提的另一個難題是：怎麼讓人保持快樂和平衡。埃克布勞講了一個專案，叫 AgriFuge，兩個 MIT 學生做的，靈感來自曼陀羅和尼泊爾的轉經輪。植物種在內側，宇航員每天得親手轉它，植物才能活。技術上完全沒必要，水培、液體介質都能種，在微重力裡把液體固定在根系周圍才是真難點。但這個設計給了宇航員一件需要照顧的東西。

> 我們確實有辦法讓植物自己長，但宇航員可能想照顧它，就像我們身邊那些漸漸變得重要起來的小盆栽，那些植物朋友。（埃克布勞）

另一個專案是充氣軟體機械尾巴，瓦倫蒂娜·蘇米尼（Valentina Sumini）做的。尾巴末端有個攝像頭，能做計算機視覺，判斷該抓哪裡，然後纏住一個固定點，把你穩住，騰出兩隻手幹活。現在還是手動觸發固定充氣程式，但埃克布勞說，如果有 Neuralink，這東西可以直接用意念控制。太空環境裡，你可能更需要第三條手臂，而不是強壯的腿。她還提到 AstroAccess 這個組織，正在幫殘障人士做零重力飛行，地球上的一些“殘障”在太空裡是超能力。

## 三年之後，需要人造重力

三到十年這個區間，埃克布勞認為一定會需要人造重力。原理不復雜，讓艙段轉起來，用向心力模擬重力，跟遊樂場裡那種把人貼在桶壁上的旋轉機一個道理。哪怕整個空間站不轉，只讓一段跑道轉，每天在裡面待幾個小時，接近 1G，身體就能維持住。工程細節還要打磨，科學上已經通了。這是 Aurelia Institute 要做的方向之一。

再往前的那些問題更麻煩。在微重力裡懷孕、胎兒怎麼發育、嬰兒出生後怎麼建立對物理世界的直覺。小鼠實驗裡已經看到，微重力環境下出生的小鼠走路能力有問題。埃克布勞說，早期童年形成的物理直覺很難後天補，所以近期唯一的答案是：在人類發育的這個階段，必須提供 1G 環境。

她每年在 MIT 辦的 Beyond the Cradle 活動上都會開一場關於太空懷孕、太空育兒的工作坊。這些問題一個都還沒解決。

## 早上的淡水是昨天的咖啡

她引了前 NASA 局長查理·博爾登（Charlie Bolden）的一句話。水在閉環裡迴圈，喝下去、排出來、淨化，第二天接著喝。另一個來源是月球上的水冰沉積，一旦離開地球引力井還能找到水，就能就地製取推進劑或飲用水，這是月球基礎設施真正的價值。

食物目前以凍幹為主。她團隊裡的研究員瑪吉·科布蘭茲（Maggie Koblanz）在研究發酵食品的未來。啤酒、葡萄酒、泡菜、味噌，這些東西在人類文化裡存在了很久，因為人喜歡那種鮮味；做得好的話保質期也長；對微生物組還有額外好處。他們在說服 NASA 對長期深空任務的發酵食品更開放一點。

## 只能在微重力裡演奏的樂器

有一個叫 Telematron 的東西，桑茲·菲什（Sands Fish）和妮可·布利爾（Nicole Boulier）做的。外形有點蒸汽朋克的幾何體，內部裝了一堆慣性測量單元，能感知自己是不是在飄。演奏方式是拋擲，需要兩個人配合，像一段編排好的舞蹈。它在地球重力下發出的聲音和在微重力裡不一樣。埃克布勞說，這是“只為微重力而存在”的樂器。

球類運動的物理也得重學。地球上你扔東西會給一條拋物線，太空裡你直接朝對方的視線平推過去。她說不清具體要多久，但宇航員上站幾天到一週，腦子就翻過來了。人的神經可塑性在這件事上表現得非常明顯。

她自己飛過九次拋物線航班。“他們建議你在飛機上刻意製造一段記憶，”她說，“因為那種體驗對身體太陌生，幾天後你就忘了當時到底是什麼感覺。”

## 1967 年的條約撐得住嗎

關於月球上的產權，問題很具體。公司需要知道自己對某片區域有權利，需要知道挖出來的東西能合法賣掉，否則沒人願意投錢建基礎設施。但誰有權把這些權利授予出去？埃克布勞說這些是“很棘手的問題”，所以她認為我們需要太空律師。她後來笑著承認，這可能才是她那個“最容易被反對的觀點”。

她和團隊把書命名為《Into the Anthropocosmos》，取的是“人類世”加“宇宙”的意思。核心關切是公地問題：我們怎麼對待地球，怎麼對待氣候，就會怎麼對待太空。她希望月球走一條以公地為基礎的路，但難點在於誰來當保護者和執行者。

她對太空軍事化有明確的擔憂。1967 年的《外層空間條約》確立了太空是全人類的領域、只能和平利用，幾十年來航天界一直靠這句話撐著。但地緣政治緊張升級，她擔心熱戰會跟著人類進太空。

> 國際空間站是個很好的例子，大概有十八個國家是這個條約的締約方。哪怕在蘇聯解體的時候，哪怕在美俄關係緊張的時候，國際空間站一直是兩國能合作的地方。現在特別需要找到別的平臺，讓世界上的霸權國家和發展中國家能一起合作，有意識地讓彼此的成功交織在一起，這樣任何一方做壞事，多方都會受損。（埃克布勞）

訪談進行的時候烏克蘭戰爭剛爆發。她說自己幾周沒怎麼睡，兩個國家都有家人、朋友和同事，很多人在哭，很多是難民。她說她相信人的同情和愛是技術可以催化加速的東西。

## 費米悖論和一隻螞蟻的野心

她本科在 CERN 待過兩個暑假，找超對稱粒子。教授們一年比一年沮喪，因為一直沒找到，只能不斷排除引數空間。2012 年 7 月 4 日希格斯玻色子釋出會那天她就在 CERN，一幫人在釋出會大廳外面排了一整夜隊，她說自己連《哈利·波特》首映都沒排過隊。

發現希格斯玻色子沒有立刻轉化成工程技術。但她說這仍然是人類理解基本物理規律的關鍵一步，這種知識本身就有價值。她同時承認，新物理也可能造出更危險的武器。她的答案是，抵禦越來越強的武器，最終靠的是人的同情和愛。

關於費米悖論，她希望宇宙裡的生命是繁盛的。但如果真那麼繁盛，問題就變成：他們在哪？是不是有一道大過濾器，文明發展到某個階段就自我毀滅了？

> 我不認為我們已經把大部分毀滅方式想出來了。（埃克布勞）

她說的“我們”指的是人類。核戰爭裡有一部分是物理，另一部分是社會如何建構、如何互動、如何製造和化解衝突。這又繞回那個老問題：在一艘飛往火星的船上，怎麼讓一群有缺陷、非理性的人長期共處，不只是保住身體不死，還要讓他們不至於互相殘殺。

## 給想上太空的年輕人

埃克布勞說，人類歷史上頭一回站在行星際文明的臨界點上，而且不太可能退回去。她還說，不必把自己塞進某個特定的職業軌道才能進入太空的未來。如果你是藝術家，想做太空藝術，或者用藝術去傳達某種關於太空的感受，這個角色和太空科學家、太空工程師一樣被需要。

她自己的經驗是找隊友。她說外界看到的是她在講話，但背後是五十多個研究生、職員和教職員工。學術界有一種對“孤狼天才”的推崇，她的經歷完全不是那樣。

她還提到一位叫 Shing Lu 的藝術策展人，在太空探索計劃裡任職。第一次國際空間站任務時，埃克布勞只顧著收集工程載荷，Shing 說，我們應該向全世界公開徵集藝術作品送上空間站。那次成了歷史上第一次面向國際的太空藝術公開徵集。

關於意識，她的說法很樸素：我們是一種能意識到自己在思考的物種，還能在播客上討論自己對自身思考的元認知。她說這是一份禮物，擴大意識的圈子本身就有價值。

關於生命的意義，她分了兩層。一層非常本地：家人，她說的“生物繁殖單元”。另一層是為人類做點好事。她說這兩層可以同時存在，一個人既可以是本地的，也可以是全球的，也許有一天是全星際的。

訪談結束時 Lex 引了塞內加的一句話：從地球到星辰，沒有平坦的路。

## 你可以做的幾件事

- 去讀尼爾·斯蒂芬森的《七夏娃》（Seveneves）。埃克布勞的博士課題和現在跟 NASA 合作的群體機器人方向，都從這本書裡長出來。它把軌道力學、材料和政治一起算進了故事裡，讀完你會明白為什麼一個做工程的會對一部小說念念不忘。
- 如果你在做機器人、材料或分散式系統的研究，把“錯誤檢測與自我糾正”當成一等公民來設計，不要留到事後打補丁。自組裝系統能不能用，取決於單元能不能判斷自己進了一段錯誤的連線並主動斷開。
- 關注 Aurelia Institute 和 MIT 太空探索計劃的公開專案。登月任務的資料他們打算開放，零重力飛行的門檻也在往下掉，商業空間站幾年內可以按模組租實驗室空間，不需要等一張 NASA 的經費批文。
- 如果你不在航天行業，也別把太空當成別人的事。太空法律、太空藝術、太空建築的人類體驗設計，都缺人。埃克布勞的說法是，第一批進太空的文明不該只由工程師定義。
- 下次看到火箭發射的新聞，多留意一眼它背後是誰在買單、誰在做載荷、資料會不會公開。商業航天把進入太空的成本壓下來這件事，對科研機構的實際影響，比大多數報道寫得更直接。