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。
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。
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）
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：
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：
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
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
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。
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