先回答下面的问题，再读正文。
- 把一瓶水从一楼搬到六楼，你要喘气。把同样质量送进近地轨道，需要的速度增量大约是每秒好几公里。你觉得难在「路远」，还是难在「必须加速到那么快」？
- 宇航员的食物、水和空气，有多少必须从地面带，有多少能在舱内循环？若循环漏掉百分之五，一年后缺口会变成多少？不必精确，说方向。
- 你在密闭教室待一整天会怎样：闷、吵、还是空气变差？把人数乘一百、把门封死、把维修零件放在另一个星球，困难会先出现在哪一项？
- 植物在窗台上要光、水、土。在没有厚大气的地方种粮食，缺的是哪一层保护：温度、紫外、还是几乎真空？
- 有人说「地球坏了就搬火星」。房子漏雨时，你是先修屋顶，还是先去买一座没有空气的空屋？两件事的成本怎样比？
- 地球上的重力你感觉不到在付钱。若长期生活在很小的重力里，骨骼和肌肉会怎样？这是不舒服，还是医疗问题？
- 一次火箭发射的新闻很壮观。壮观和「已经有一座能自给的城市」之间，还差哪些普通到不拍新闻的东西：农业、医院、还是污水处理？
- 国际空间站要定期从地球补货。如果补货船十年不来，你认为先缺的是食品、配件，还是人的替换？
- 把服务器放在两个机房，是为了防火。把很少的人放在另一个行星，防火的是地球上的哪一类灾难？防不住哪一类？
- 你是否能列出三件只有地球大气和海洋在免费提供、飞船必须用设备去仿造的事？
- 如果一千年后有人在地月系统做矿业或科研，你的曾曾孙更可能仍住在地球上，还是住在舱里？你根据什么成本在猜？
「人类的未来在太空」这句话很上镜。研究者要问的不是它激不激动，而是：离开地球的哪一层引力井，要把多少质量和能量送出去；送出去之后，生命支持是开放的——靠地球补给——还是封闭的；封闭循环的缺口由什么填；以及，即便有了科研站和小型定居点，它解决的是哪一类风险、解决不了哪一类。本讲把地外定居主要标成可能的旁支：科学、观测、也许是工业。把它写成「出路」或「备份家园」，必须先过能量和生命支持两关。过不了关的画面，归科幻；科幻可以启发问题，不能当已经发生的事实。
地球是已知唯一免费提供厚大气、液态水海洋、磁层和已经运转了几十亿年的生物地球化学循环的行星。免费的意思是：你呼吸、种地、排热，不必先建造整套等效机器。地外地点不是空的房地产。月球没有可用大气；火星的大气极薄，主要是二氧化碳，表面平均温度低，尘暴和辐射环境与地球不同；轨道上的微重力对骨骼、肌肉和部分生理指标是持续损耗。这些不是「克服一下困难」的形容词，是工程输入。
一、火箭方程：难在速度，不在诗意
把载荷送进近地轨道，需要的是速度增量，不是地图上的公里数。化学火箭受火箭方程约束：要把火箭本身、燃料和载荷一起加速，燃料的大部分用来加速剩余的燃料。这就是为什么入轨质量里，结构和推进剂占掉绝大部分，有效载荷比例很小。从地面到近地轨道，已经是一笔极重的能量账；再从轨道去月球、去火星，还要额外的加速、减速和窗口。可重复使用运载器和规模经济能把单价打下来，这已经在当代部分发生。单价下降不等于账单消失。它只是把「贵到几乎做不了」变成「贵但可以有计划地做」。
能源品种决定上限。化学推进能量密度有限。核热、核电推进、电磁推进、光束推进，各自处在不同的技术成熟度上，必须标成未完成或局部试验，不能写成已经可买票的交通网。即便推进进步，仍要把栖息地模块、辐射屏蔽、水、氮、备用零件送过去，或在当地提取。当地提取——冰、矿、大气采集——在工程上有吸引力，在实践上取决于：那一点上是否真有可开采的资源、设备能否在那里维修、以及提取本身的能量从哪来。阳光在月球两极的坑和外小行星上不是同一张免费餐券。
所以「离开地球」至少要分成几笔完全不同的账：科学探测、在轨工业（例如某些材料工艺）、月球或火星上的有人科研站、以及真正不依赖地球补给的自给城市。前几笔在一千年里有可能从偶尔变成经常，这仍属有根据的外推加推测。最后一笔——自给城市——需要封闭生态、人口规模、医疗和教育、以及本地制造业，难度不是多造几支火箭能覆盖的。
二、生命支持：泄漏百分之五会吃掉一年
人要连续得到氧、水、食物、温度区间，并处理二氧化碳、尿便和热量。地球上这些由巨大的缓冲完成。飞船和基地必须用设备仿造缓冲。循环不可能百分之百。水和氧的回收可以做到很高，食物循环难得多：要稳定的光或电、养分配方、病虫害控制、以及人愿意长期吃的食谱。任何小泄漏、任何关键泵的损坏，在没有邻近五金店的环境里都是事故。国际空间站至今依赖地面补货，不是因为工程师不懂循环，而是因为把循环做到「多年断补货仍安全」的成本和风险，高于定期运货。
辐射是另一张独立账单。地球磁层和大气挡住大部分银河宇宙线和太阳高能粒子。月球和火星没有同等保护。屏蔽可以用水、土、或把住所埋进熔岩管，但屏蔽就是质量，质量就是发射或就地施工。微重力或低重力对生理的长期影响，目前样本很小，主要来自轨道任务和有限的月球停留。骨骼丢失、肌肉萎缩、体液重新分布是已经看到的；跨代生殖、儿童发育在低重力下会怎样，基本没有数据。没有数据的部分必须写成无知，不能写成「人会适应」。
封闭栖息地还是社会系统。很少的人、很高的相互依赖、维修技能集中、与地球通信有延迟（火星上以分钟计），会把冲突、疾病和精神压力放大。这不是对「先锋精神」的嘲讽，是小型隔离社区已经在地球上给出过的样本：南极站、潜艇、远程基地。样本说明可以运转，也说明运转依赖选拔、训练、轮换和外部支持。把轮换拿掉、把支持拉成几个月的通信延迟，系统性质会变。
把能量账写到人这一层，对比会更刺眼。在地球上维持一个人一年的食物、水和住所，花费的是农业、物流和建筑已经摊销过的基础设施；大气和水文循环不出现在个人账单上。把同等质量的消耗品送进近地轨道，化学火箭要把其中大部分质量变成推进剂和结构。再把屏蔽、温室、备用泵和医院送去火星窗口，乘数继续上升。可重复使用降低的是单次发射的边际金钱，不降低「必须先把质量加速到轨道速度」这件事本身。所以地外的人，在很长一段时间里，仍然是地球工业的下游客户，而不是已经另立门户的种群。
有一类设想把城市放进轨道上的大型筒体，用旋转制造人工重力，用镜面取光。作为物理草图，它指出微重力不是唯一选项。作为工程，它把质量、封闭循环、维修和人口规模一次提到极大。在没有先证明小型封闭生态能稳定运行、没有先证明在轨制造能替代地面供应链之前，把它写成一千年内的居住方案，属于推测。推测的用处是标明还缺哪几张实验账单，不是提前发移民广告。
三、出路、旁支、备份：三个词不要混
出路意味着：地球这条路走不通时，太空能接住大部分人类。按当前和可预见的质量—能量账，这在很长一段时间里都不像出路。地球坏到「不能住」的程度——全面的核冬天、极端的温室、严重的生态崩溃——往往也是最难维持高发射率、高工业的时候。能把千万人送走的文明，通常还住得成地球；已经把地球住崩的文明，往往没有余力把千万人送走。这是时间上的错配，不是态度问题。
旁支意味着：有人在地月空间做天文、遥感、微重力研究，也许做采矿或能源中继。旁支可以很重要，像南极科学站重要，而不等于把首都迁到南极。工业若真的在微重力或真空里找到不可替代的工艺，它会改变部分供应链，仍改变不了「人这种动物的廉价栖息地在地球」这一事实。
备份意味着：地球上的存在风险发生时，别处的种群能把智人续上。备份要有效，需要足够的人数、足够的遗传与文化多样性、以及真的不依赖地球的补给。一个十几人的火星站，防火的是「地球上某一个实验室的事故」，防不住「发射窗口和地球工业一起垮」。把很小的前哨写成物种保险，是把希望写成保单。物种保险更可能来自：地球上的分散、降低前面一讲那些机制的概率，以及——若将来真有多个自给栖息地——那是额外的一层，不是现在就可以勾掉的列。
四、常见误解
第一种误解是：只要单价下降，移民就会像历史上的航海。航海去的是同一颗行星上另一个已有大气和生物群系的海岸。地外不是新大陆，是要自带大陆。
第二种误解是：火星「看起来像地」所以改造起来是时间问题。薄大气、缺乏磁层、水以冰和地下形式存在、尘埃和低温，使「地球化」属于极度投机的地球工程，时间尺度可能远超一千年，副作用无法在另一颗行星上做对照实验。标成推测还不够，应当标成目前没有工程路径的推测。
第三种误解是：不关心地球也可以，因为反正要走。走的能力来自地球工业。轻视维持地球生命支持的人，是在锯自己坐的树枝。
把「在轨」和「在另一颗行星上自给」混成同一个词，也会把账做坏。近地轨道仍在地球磁层的一部分保护里，补给窗口以小时和天计，通信几乎实时。火星上的补给以月计，通信以分钟计，当地资源是否够用仍是未完成的勘探加工程问题。月球介于两者之间：近，但几乎没有大气缓冲。三笔账的能源、辐射和维修完全不同。用一次成功的近地发射，去证明火星城市已经在路上，是把最便宜的那一段，当成了最贵的那一段已经付完。
第四种误解是：机器人先去，人就不必去，所以问题消失。无人探测和无人矿业会改变成本，也已经是正路。它们不自动产生「人类家园」。若目标是科学，机器人往往更优；若目标是备份种群，机器人帮不上那一栏。
五、一千年尺度上能说什么
比较硬的约束不会在这个尺度上凭空消失：引力井、辐射、封闭循环、生理对重力的依赖。技术和组织可能把科研站变成常设，把地月物流变成有时刻表的活动——这是合理推测，不是保证。自给的、能当物种备份的城市，若出现，更可能极小、极贵、高度依赖此前几个世纪的地球工业。地球作为廉价栖息地的地位，在已知物理下极难被替代。
必须标成推测的包括：火星或轨道栖息地的常住人口、是否出现真正切断补给的封闭生态、小行星资源是否进入地球大宗商品、以及这些活动会不会改变存在风险表上的某一行。改变风险表的方式也可能是负面的：新的高能量装置、新的轨道碎片环境、把冲突带到新的地点。
- 入轨的硬约束是速度增量和有效载荷比，不是地图上的公里数。
- 生命支持的工作变量是循环效率和可维修性，不是舱内照片。
- 科研站、工业旁支、物种备份是三张保单，保额差几个数量级，不能互相替代。
- 地球生命支持崩溃的时刻，往往也是最难维持高频率发射的时刻；备份家园和逃生窗口在时间上打架。
- 机器人探测可以扩大很快；有人家园仍要付生理、辐射屏蔽和封闭生态的账。
对今天的观察者，更有信息量的问题不是「人会不会成为星际物种」这种无法在有生之年判决的句子，而是：下一笔真正花出去的钱，是在降低进入轨道的能量、提高循环、测量低重力生理，还是在把海报印得更大。前三件事会留下可核对的数据。海报不会。地球仍是账本上最便宜的一行。旁支可以开，出路要另算。
