【4】在太空时代生活在奥尼尔圆筒等巨型太空城为何在大部分方面都比行星地表殖民地更优越？（推衍设定）
虽然在1976年的《高边疆：太空中的人类殖民地》一书中，奥尼尔博士已对此有过部分论证，其内容如下：‘因为食物丰富、气候可控与不使用内燃机的缘故，奥尼尔圆筒内部的生活条件将是较为舒适的。’但这并不能证明巨型太空城相较于行星地表殖民地的优越性，以下是对该设定的详细论证：
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一、生活舒适度与安全性
太空城的环境为完全人工设计环境，没有各种行星上会出现的气象/地质/生态灾害，环境舒适度在绝大多数情况下比地面殖民地更为优越。
即便是宜居行星也并非适合人类生存，宜居行星只是相对其他行星更宜居而已，恶劣的未开发异星生态、过高过低的重力等因素都会严重影响安全性与舒适度，而且这些问题都是在短时间内无法改变的。
异星生命结构形式与异星生态环境只需有少许不同，人类就不可能简单融入。例如：异星生命可以使用不同于地球生命的遗传物质，目前已合成的人工核酸类似物有肽核酸、吗啉代、锁核酸、乙二醇核酸、苏糖核酸……
其中最适合使用的当属苏糖核酸TNA，加州大学欧文分校（University of California， Irvine）药物科学系教授约翰·查普特（John Chaput）提出理论，有关核糖的益生元合成和RNA的非酶复制的问题可能为在原始地球条件下更容易产生的早期遗传系统提供间接证据。
TNA 可能是一种早期遗传系统和 RNA 的前体。TNA比RNA简单，可以从单一起始材料合成。TNA 能够与 RNA 以及与 RNA 互补的自身链来回传递信息。TNA 已被证明可以折叠成具有离散配体结合特性的三级结构。部分DNA酶可复制TNA模板序列。TNA不需要酶，但是需要锰，而锰过量将导致中毒。（人类不一定能吃TNA外星生物，但TNA外星生物显然可以吃人）
而分子手性的改变将使得情况更为麻烦，左旋分子与右旋分子的关系就像左右手一样，虽然镜像对称，但并不能重合。地球上自然存在的DNA和RNA只以右手性存在，蛋白质则以左手性存在。如果异星生态系统的手性刚好相反，那么异星食物将无法消化，口味怪异，也无法提供营养。
异星大气成分比例稍有不同就会对人类产生毒性、氧气含量低于19.5%就可能引起窒息，使人难以从事体力劳动、决断思考能力下降，氧气含量高于31%就会使人衰老加速、诱发肺炎与视网膜病变。二氧化碳浓度超过7%，15分钟内人就会失去意识，浓度超过10%人会瞬间窒息。在前寒武纪，地球大气中氧气含量不足10%，而到了石炭纪地球大气中氧气含量却又达到35%的历史高值。
具体的解决策略有两种，一种是人类自身做出改变去主动适应异星生态，无论是将自身机械化，还是利用基因/生物工程，都可以使自身适应当地生态系统，但人类显然不可能这样做，其耗费过大，速度过慢，不具备普适性，且效益极低。
最佳策略是完全摧毁异星生态系统，并在此基础上推进地球化工程，这样做同样会消耗大量的资源与时间，只是相对廉价快速，且异星生态系统的科研价值也无法得到充分利用，但该策略可以迅速复制到每个殖民地上。
大气与磁场方面的问题，虽然太空城没有可以阻挡辐射与陨石的大气与磁场，但是宇宙中的大量天体同样没有磁场与大气，即使有磁场与大气，通常也是负面效应居多。例如：行星强磁场干扰电子设备与导航系统工作、还原性大气含有剧毒且灼伤皮肤、致密温室大气导致失控热效应……
行星的公转与自转问题，行星的公转轨道过远或过近都会使得行星地表变得如同地狱一般可怖，没有人会想住在冰封行星与熔岩行星上面。过长或过慢的行星自转都会让生活舒适的直线下跌，而潮汐锁定行星则完全没有昼夜循环。
恒星同样是影响行星宜居性的重要因素，最适合生命生存的是与太阳类似的G型主序星（黄矮星），约占所有恒星的7.6%，较为适宜的是K、M、F三种。
其中K型主序星（橙矮星）约占12.1%，M型主序星（红矮星）约占76.45%（宜居带过于靠近恒星，生命演化很容易被恒星耀斑重置，且行星通常潮汐锁定。）F型主序星（黄白矮星）占比约3%。其余的O、B、A型主序星活动过于剧烈，几乎不可能存在宜居行星，即使出现生命也难以演化至高级阶段。
O、B、A型主序星虽然活动极其剧烈，却具有相当程度的科研、工业、军事价值。其中O型恒星最适合布置自动工业集群，利用O型恒星磅礴的能量输出生产海量的资源。但在这些恒星系内非常不适合实施地面殖民，其耗费过大，且有极大可能因为恒星活动被摧毁，只有太空城是可接受的方案。
最后，地面殖民地通常无法机动，除非它基于某种移动平台建立。即使如此，其移动速度也通常较慢，需要大量前期准备时间。但太空城却可以迅速执行机动躲进天体阴影区或转移至拉格朗日点。
因此在遭遇太阳风暴与陨石撞击等自然灾害时通常是地面殖民地倒霉。即使是遭受袭击，也是处在轨道上，可以进行机动的太空城具备辗转腾挪的空间，甚至是反过来利用体型与质量优势反过来压制敌舰队（擎天堡的核心战术思想）。
虽然让太空城实施机动需要消耗巨大的能量，还会产生海量废热，但并非不可能，因为转移太空城所要求的能量比超光速所要求的能量要低几个数量级。
在无法机动的情况下，地面殖民地可以选择两种方案解决问题。
一种是将人口疏散至空地等死，毕竟殖民地循环系统被摧毁就会让全殖民地人口的生命进入倒计时，还不如早点安乐。另一种则是将殖民地建于地下深处，但这违背了殖民地建立的初衷。
殖民地主要分为拓殖型殖民地、资源掠夺型殖民地、商业殖民地三种，这三种都对空间、资源、资本回报速率有极高要求，星垦开发公司不可能投资建设一个亏本的殖民地。除非这个殖民地的定位是末日基地，为了应对可能的毁灭性战争可以不计成本，将掩体殖民地主体隐藏在地表数公里下。
而且，地层与大气的作用是用于掩盖与分散殖民地产生的热源，以减少被发现的可能性。而不是用于防御，因为在超光速时代由于曲速/曲率引擎的普及，RKV（相对论性动能杀伤载具）必然是相对廉价的，RKV的动能远超类地行星引力结合能，只有类木行星具备承受RKV打击的可能性。
即使不考虑RKV，掩体殖民地也不具备任何防御与建设上的优势，在失重环境下太空城同样可以包裹极其厚重的装甲，十几米的装甲属于相对较薄的类型，还可以将小行星挖空后改造为太空城，公里级的小行星外壳能将微陨石、辐射、攻击严严实实地隔绝在外。
在超光速时代，装甲仅能提供心理安慰作用，真正有效的防御是避免被敌人发现，并抢先摧毁敌人。
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二、行星重力的影响
重力问题一直是困扰地面殖民地的难题，首先是在低重力行星长期生活会导致骨质流失和肌肉萎缩，而在高重力行星长期生活对骨骼的压力过重，人会变矮。与之相比，太空城的重力任意可变，仅凭自旋就能提供廉价适宜的人工重力。
而且，这并非最重要的问题，最重要的是进出行星重力井所消耗的能量、资源与时间相对巨大，即使是利用太空电梯等相对廉价的转移方式，大规模进出行星重力井也将使得运输成本飙升。
如果因某些缘故需要大规模撤离殖民地（剧烈地质变动、生态崩溃/致命化），地表殖民地的前期投入成本则会立即打水漂，但太空城则可以通过转移至其他行星再次展开的方式迅速恢复正常生产生活。
而且，太空时代的大量工业设施与生产建设工作并不适合在地面进行，将绝大多数工业设施放在轨道上才是最佳选择，除去节约移动成本以外，还有很多东西是只有在无重力环境才能生产或适合生产的，例如零重力冶金、太空造船、巨型结构建设。
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三、食物、空气、水冰、能源、资源的获取与散热
食物、空气、水冰只有在宜居行星上才能便捷大量地获取，而贫瘠行星上生物质太少，在没有地球化之前都必须和太空城一样封闭循环。虽然地面殖民地可以便捷收集这些资源，但太空中也一样，因为不管是水冰、氧气、碳氮源、小行星带都有巨大的储量，从小行星上提取并转移物资的运输成本也相当低。
能源方面，获取最便捷、成本最低、最适合大规模应用的方式是太阳能，恒星是天然的聚变能量来源，在所有方面都具有无可匹敌的优势。
放任太阳资源不管不顾是一种极大的浪费，提取太阳能的最佳方式是建设SSPS（空间太阳能电站），以免大气衰减与昼夜循环影响太阳能发电效率，而能量在传输过程中将不可避免地发生浪费，因此最好就地使用，也就是太空城。
如果仅仅只是想晒太阳的话，太空城也能通过调整折射护臂与遮光板的方式改变照射光线的强度与频段，能够有效减少阳光中的有害射线。
除去太阳能这种基础能量来源方式，人类剩下的能源主要来自黑洞发电，现阶段人类普遍应用的殖民地发电系统为吸积黑洞反应堆，通常以一枚5000万吨质量的微型黑洞为吸积核心，绝对没有人会希望把一枚5000万吨质量的微型黑洞放在地面（除非不想活了）。
资源方面，小行星没有大型天体的重力沉积，重元素丰度更高，但没有重力分异无法成矿，部分稀缺资源从行星矿脉里提取要比从小行星内均匀混杂的物质中分离低丰度元素更容易，例如各类稀土、各类天然晶体、各类重元素。
但人类目前更倾向于通过行星裂解舰发射RKV的方式剥离类地行星地壳与类木行星大气的方式使行星内核直接暴露，之后由工业母舰分离出海量的重元素与奇异物质。
散热方面，太空城由于生产生活活动必将产生海量的废热，太空中没有热对流与热传导，只有通过效率较低的热辐射向外传导热量，但这并不意味着太空城就会因此淤积大量热能，在失重环境下，所有工程的建设难度都直线下跌，完全可以建设规模庞大的散热阵列来确保太空城热平衡。
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四、生态系统如何自持
首先，建立与维持一个巨型太空城的人工生态系统并不存在任何技术与工程学上的难题。虽然生物圈二号失败了，但这是因其设计目的上的问题所致。
生物圈二号旨在密闭状态下进行生态与环境研究，帮助人类了解地球是如何运作，并研究仿真地球生态环境的条件。生物圈二号只是将地球生态粗暴的一比一缩放，其不以自我维持为第一目的也不以效率优先，因此，生物圈二号的崩溃便是一个可以预见，也必然发生的事情。
因为生物圈二号有太多的冗余生物链，太多的资源浪费，各个生态系统本就不可能互相帮扶，却被粗暴地捏合在一个狭小的空间内，各类资源与种群比例的严重不平衡，物质循环太慢……但生物圈二号仍是有意义的，其证明了将地球生态粗暴复制转移缩放是不现实也是不经济的。人工生态系统应当是经过缜密计算，通过大量人工手段干预维持的设计。
现实中成功的封闭生态系统是前苏联的BIOS-3系统与中国的月宫一号。
BIOS-3系统
BIOS-3系统是位于俄罗斯克拉斯诺亚尔斯克生物物理研究所的一个实验性封闭生态系统，它始建于1965年，于1972年完工。BIOS-3由一个315立方米的地下钢结构组成，最多可容纳3人，最初用于开发封闭的生态人类生命支持生态系统。它分为四个隔间，其中一个是船员区，船员区由三个单人舱、一个厨房、盥洗室和控制室组成。最初，一个隔间是藻类培养机，另外两个是用于种植小麦或蔬菜的环境控制温室。生长在两个环境控制温室中的植物贡献了大约 25%的空气循环。后来，藻类培养器被转化为第三个环境控制温室。每个隔间都由20kW氙气灯提供与太阳光相当的光线水平，使用水套冷却。该设施使用400 kW电力，由附近的水力发电站提供。
BIOS-3系统中小球藻用于回收人类呼吸的空气，吸收二氧化碳并通过光合作用补充氧气。藻类是在人造光下在堆叠的水箱中培养的。为了实现氧气和二氧化碳的平衡，一个人需要8平方米的裸露小球藻。在催化剂存在下加热至 600°C以净化空气中更复杂的有机化合物。水和营养物质被提前储存起来，也被回收利用。到1968年，水循环系统的效率已达到 85%。（国际空间站加装了盐卤处理器组件之后水循环利用率达到98%）干肉被输入到设施中，尿液和粪便通常被干燥和储存，而不是被回收。
BIOS-3设施进行了十次载人封闭实验，机组人员为一至三人。最长的三人机组实验持续了180天（1972-1973年）。这些设施至少在1984年之前一直用于测试。
1986年，克拉斯诺亚尔斯克生物物理研究所（IBP）所长、BIOS 项目的开发人员约瑟夫·吉特尔森（Josef Gitelson）博士会见了奥列格·加赞科（Oleg Gazenko）、马克·尼尔森（Mark Nelson）、约翰·艾伦（John Allen）和其他参与生物圈二号的人，从而促成了进一步的合作。1989年，来自生物圈二号的一个小组参观了BIOS-3设施。马克·尼尔森（Mark Nelson）和约翰·艾伦（John Allen）已经认识到BIOS-3设施和相关数据对生物圈二号的重要性
1991年，BIOS-3成为国际封闭生态系统中心的一部分，该中心是俄罗斯科学院生物物理研究所西伯利亚分院的一个分支机构。2005 年，与欧洲航天局合作，恢复了以种植植物和回收废物为重点的封闭生态系统研究。
月宫一号
月宫一号是中华人民共和国为建设月球基地而设立的生命保障研究实验装置，其位于北京航空航天大学学院路校区内，占地160平方米/500立方米，总有效空间约142平方米。可完全模拟月球环境的封闭设施。由两个58平方米的植物舱、一个42平方米的居住舱（三间卧室、餐厅、浴室和垃圾处理室）组成。
该实验室由北京航空航天大学（BUAA）的刘宏设计。该实验室是一种生物再生生命支持系统（BLSS），是世界上第三个，也是中国第一个。
它以封闭设施模拟人员在没有外部输入（电力/能源除外）的情况下执行长期任务时的状况。三名船员中，消耗的食物的 55%将在内部生产，并由储备平衡。氧气将通过植被隔间再生，水将在内部循环。船员的废物被堆肥。北京航空航天大学称之为世界上第一个成功的四生物链环的人工封闭生态系统。（美国的生物圈二号未能达到预期目的，BIOS-3设施需要从外部输入干肉。）
该设施的建设于2013年3月开始。该设施于农历新年（2014年1月31日）揭幕。它在2014年2月开始的第一次任务之前就已投入使用，二期则建成于2017年。
2014年105天综合实验
2014年2月3日至5月20日，谢倍珍（女，舰长）、董琛（男）、王敏娟（女）三位来自北航的志愿者，在“月宫一号”一期成功进行并最终完成中国首次长期多人高闭合度密闭试验。
志愿者种植了五种谷物，包括小麦、玉米、大豆、花生和扁豆；15种蔬菜，包括胡萝卜、黄瓜和空心菜；还有一种水果是草莓。小麦是卡路里的主要来源和氧气的主要来源。肉类是主要的食物原料；然而，肉以黄色黄粉虫的形式生长，这是船员的主要蛋白质来源。
研究的饮食是为了确定宇航员是否可以以蔬菜和黄粉虫为食的高蛋白饮食维持生存。选择由3/4蛋白质组成的黄粉虫是因为联合国的一项研究推荐它们作为穷人和营养不良者的食物来源；然而它遭到了西方宇航员的抵制，因为黄粉虫有逃脱控制的倾向。黄粉虫将在几周内达到手指大小，黄粉虫被喂食农产品中剩下和不可食用的部分。
该任务的生态系统成为中国天宫空间站受控生态生命支持系统 （CELSS） 的试验台。该任务中使用的 BLSS 系统是当时有史以来最先进的系统。
2017~2018年“月宫365”综合实验
2017年5月10日至2018年5月15日，8名志愿者（4男4女）分为两组（每组由两男两女组成），在“月宫一号”进行为期365天的综合性密闭试验。
2017年5月至7月，第一组志愿者（刘慧（女，舰长）、刘佃磊（男）、胡静斐（女）、高寒（男））在月宫一号内进行了60天实验。
2017年7月9日，“月宫365”计划第一次换班，第二组志愿者（刘光辉（男，舰长）、伊志豪（男）、褚正佩（女）、王伟（女））入舱，开展200天密闭试验。
2018年1月26日，第二次换班仪式成功举行，200天密闭试验获得成功，中国因而打破了前苏联BIOS-3设施于1973年创造的在生物再生生命保障系统中连续驻留180天的世界纪录。按照计划，第一组志愿者还将再次入舱，开展第三阶段105天（实为110天）的实验。
2018年5月15日，第一组志愿者再次出舱，标志为期370天的“月宫365”实验顺利结束，同时创下世界上时间最长、闭合度最高的密闭生存实验纪录。
因此，与生物圈二号相比，建立一个冗余极高，产能丰富的人工生态系统从技术到工程都没有太大阻碍，藻类的高效光合完全可以维持空气和食物的循环，其余必需营养素可以通过种植与培养的形式补充，水净化系统也完全可以维持水循环……而且，巨型太空城并非封闭的生态系统，由于人口增长与工农业生产的需要，从外界获取资源补充消耗也是必须的。
综上所述，在未来的太空时代，太空城是远比地面殖民地更舒适、更经济、更方便、更安全的存在。
行星表面殖民地的优势在于大型矿脉开采、生物质开采、气体开采、科研价值、旅游价值。因此地面殖民地虽然有必要，但通常只保留矿产、精炼加工、生物质开采以及少部分产业链，只有宜居殖民星才可能有自给自足的工业集群，在部分冰巨星的大气中可能会布置对散热有较高要求的工业系统。
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