有人会说,用高效LED灯给摩天大楼里的垂直农场补光不就行了?这话没错,但补光需要消耗巨额能源,性价比远不如其他增加粮食产量的方式。但有了廉价核聚变,这一切都不再是问题。
接下来,我们来计算垂直农业、地下农业、空间站
宇宙飞船水培种植的能耗:生产1卡路里(准确说是1千卡)可食用食物,或是维持一个人一年所需食物,需要多少能量?这个数值很难精准估算,所以为了简化,我会用取整后的粗略数据,而非精确数值。
先从最原始的狩猎采集时代说起:当时养活一个人,大约需要1平方英里的土地,所有能量都来自太阳能。换算下来,每人每年消耗约10^16焦耳太阳能。
到了中世纪,20英亩的农田就能养活一个家庭,土地利用率提升了约100倍,每人每年消耗约10^14焦耳能量。
核聚变的能量转化率约为总质量的1%(即爱因斯坦质能方程E=c2):完全质量转化的能量密度约为每千克10^17焦耳,核聚变转化则约为每千克10^15焦耳。
这意味着:狩猎采集时代,维持一个人一年所需的太阳能,仅需10千克核聚变燃料;前工业化时代,仅需0.1千克,大概一玻璃杯的量。在这个能量尺度下,其他所有能源消耗都微不足道——普通美国人每年消耗数千亿焦耳能量(相当于数千加仑汽油),换算下来,还不到1克核聚变燃料。
再看现代农业和水培种植:用LED灯精准补光,仅提供植物生长所需的光线(植物主要吸收红光,正午阳光的利用率也很低)。数值难以精准计算,但经过优化后,一个客厅或大卧室大小、多层堆叠种植架的空间,消耗约10千瓦电力,就能养活一个人,甚至可以更低,仅需几千瓦。10千瓦的能耗,和人类其他日常活动能耗相当,每年约数千亿焦耳。
我们还需要肉类、绿叶蔬菜、公共绿地等,因此,我将人类年总能耗粗略估算为1万亿焦耳,仅需1克核聚变燃料。我一直称之为“核聚变燃料”,是因为目前我们还不确定最终会用哪种燃料——普通氢是宇宙中最常见的物质,理论上最理想,但目前研究重点集中在氢、氦的各种同位素上,比如氘(储量依然极其丰富,只是不如普通氢),这类同位素更容易发生核聚变。万事开头难,得一步一步来。
但这意味着:无论用哪种核聚变燃料,每年1克,就能让一个人过上舒适的生活,即便在远离太阳、只能看到繁星的深空栖息地也不例外。1千克核聚变燃料,足以让一个人一生都过上极其奢华的生活;10吨核聚变燃料,能让一个中等国家大小、拥有10万居民的区域,或是一座大型奥尼尔圆柱体(封闭生态栖息地),依靠人造太阳维持自然生态保护区运转近十年。
一艘超级油轮大小、从木星运来核聚变燃料的运输船,一次运输的燃料,足以支撑这样的区域运转数千年。记住这个数据,后续我们会反复提及:宇宙中最常见物质,仅需1千克,就能让一个人一生过上奢华生活,绰绰有余。
这就是核聚变能源真正的影响力,也是它备受追捧的原因:它不仅能降低电费,摆脱对化石燃料的依赖、解决相关环境问题,更会彻底颠覆资源稀缺的格局,大幅提升人类能舒适承载的人口上限。这场变革,比弓箭、农业、绿色革命带来的变革,加起来还要巨大。
今天的内容就到这里。下次,我们会按原计划,聊聊流浪行星,届时你会明白,为什么我认为这类星球不仅适合殖民,而且值得殖民。之后,我们会详细讲解旋转栖息地,最后再深入探讨星际殖民,以及在核聚变经济背景下,我们对星际殖民的诸多固有认知,会发生怎样的改变。