7月31日，第24届国际太空城市设计大赛全球总决赛在位于美国佛罗里达的肯尼迪宇航中心落下帷幕。经过层层选拔，来自美国、加拿大、英国、中国、澳大利亚等全球十几个国家的24支高中生代表队参加了本次大赛。
在为期4天的比赛中，24支高中生队伍“穿越”到2092年，化身承包商组成4家“航天企业”，用40多小时的时间完成一座位于金星表面的太空城市的设计方案，对金星表面进行大气改造并实现矿石开采和居住旅游等功能。这座城市不仅要照顾到1万人的日常起居，还要满足500个流动人口的活动需求。
最终，由北京十一学校主导设计的公司团队，以充满科技感和工程细节的方案征服了评委，夺得了大赛年度总冠军奖杯，他们也因此成为了第一支在这项赛事中夺冠的中国队伍。
12名高中生一路过关斩将
出征此次国际太空城市设计大赛全球总决赛的北京代表队是来自十一学校的12名高中生。来此之前，大部分队员已经在队长赵雪妃和副队长王少琛的带领下，一路挺过了中国赛和亚洲赛。备战经验不可谓不丰富。负责方案总体设计的王少琛也直言，“我们一路赢得很稳，是因为押题押得很准。”
要把这题押准，也需要敏锐的觉察力和一定的学术实力做支撑。按照比赛的流程，参赛队伍会在比赛前的几个月拿到邀请函，获知太空城市的落脚星球；比赛24个小时内，拿到项目书，得到比较详细的相关背景；直到比赛当天，队员们才能拿到完整题目，然后用接下来的40多个小时时间完成设计。而每次在拿到完整的题目之前，队员们都会从此前的邀请函以及项目书中推敲出可能的设计要求，尽可能做好相关准备。
以此次的全球总决赛为例，几个月前的邀请函上已经明确了太空城市的建造地点为金星，“其实，建造地点定了，相关的要求和需要的考虑基本都能想到。”十一学校的队员们脑子中冒出的首个可能性是建造一个大气内的浮岛，“因为金星上的大气密度比地球高太多，如果建在地面上，云层太厚，视野不佳；同时还存在温度太高的问题，所以大家觉得总决赛很有可能要求建造一个大气内的浮岛。”为了以防万一，队员们还分别准备了建造地面设施和绕同步轨道基地另外两套方案。接下来的几个月里，建模、绘图、设计、计算数据……12个队员各显其能，对三套备选方案做了分别的设计。
设计金星城市面临三大难题
不过，在此次总决赛的押题上，队员们还是有点儿小“失误”，拿到题目后，比赛“最大结构单位直径不能超过13米”的要求让他们有些措手不及。虽然他们此前也准备了地面设施相关的方案，但是并没有考虑到具体的尺寸要求，这就导致很多设计思路不得不推倒重来。
按照比赛要求，在尺寸有所限制的前提下，他们需要在温度高达近500摄氏度的金星表面建造一座城市，不仅要照顾到1万人的日常起居，还要满足500个流动人口的活动需求。这也意味着，队员们至少需要解决三个难题：如何在这么小的尺寸内通过重复结构基元的方式达到最大的使用面积；如何将温度降至宜居范围；另外，流动人口的进出涉及到的升压、降压问题也需统筹规划设计。
为了让使用面积达到最大化，中国学生在设计时采用了“圆拱+聚落”的方式：整座城市由7个聚落组成，其中6个聚落为居民区，1个聚落为工业区，每个居民区聚落包含100多栋住宅、诊所、商场、能源补给站等基本设施。
居民区的住房则采用“圆拱”形设计，十一学校的孩子们创造性地把传统长方体住房改造成底面积为扇形的住房，通过调整开窗角度和窗户形状，解决曲面表面积利用率不高的问题。这样设计下来，一个人的住房面积能保证维持在20平方米到40平方米之间，一个圆拱结构能够容纳12到18个人。
在圆拱空间利用上，十一学校的队员们也有着充足的考虑。因为顶部是弧形，因此顶层2米范围内地板底面积会比较小，该区域如果供人类活动会比较拮据，队员们便将其打造成了房子的“基本功能区”，用于下水系统的收集、控温、垃圾处理、排线、走管道等。若干个圆拱结构组合在一起，组成一个聚落的基本脉络。最终，整个设施共由860多个圆拱组成，以六边形蜂巢的形状排开，直径在1公里左右，基本能够涵盖所有的城市功能。
国际合作既要坚持也要妥协
此次全球总决赛，十一学校的12个队员是与来自美国、印度、罗马尼亚三个国家的代表队组成了一个航天企业。队员们在某些方面感受到了与国外学生配合的难度，也深刻了解了在国际合作中需要提升的能力和技巧。
在最开始拿到设计要求时，几方在城市的结构问题上就产生了分歧：到底是用圆拱一样的半球还是做成隧道一样的长条？在十一学校的学生们看来，半球力学性质最稳定，虽然比赛没有要求最稳定的结构，但从设计思想上来说，肯定越稳定越好；而长条形的构造不仅结构不稳定，而且容易带来空间利用率低、城市效率低等问题。本着最优设计的原则，中方队员不肯让步，最终用数据说服了对方，拿到了设计思路的主导权。
而沟通的艺术就在于坚持和妥协的平衡。大原则上不能放弃，细节上有时就不得不有所妥协。比如，在解决金星的降温问题上，十一学校的队员们借鉴空调的制冷原理和思路，利用压缩机对气体进行制冷；而要想把400多摄氏度的高温降下来，压缩机需要有非常高的功率，甚至需要产生额外的功率，使其温度高于室外温度，从而使热量流出去。在他们的设想里，由于压缩机温度很高，集中放置会带来安全隐患；因此，他们考虑将制冷模块均匀分散在城市设施的各个部分。这样一来，不仅使用起来更加高效，而且可以满足“尽早地以局部开始工作”的设计要求。但是，国外队友坚持将制冷设备集中置于城市最远端的工业区。数据模拟无法打动对方，为了不影响接下来的设计进度，中国队员们只好让步。
北京十一学校的队长赵雪妃已经是第二次来到全球总决赛了，作为这个比赛的“老人”，她对于国际合作更有深刻的感触，“在国际合作中短时间内建立起多方的信任是非常困难的，这需要时间的磨合和多方的配合。而谁能在这点上做到最好，谁就会在复杂合作中走得更远。”
因此，年轻的队员们都更愿意将这次经历不仅仅是看做一场比赛，而是把它当作自己人生教育中重要的一环，体验如何在复杂度比较高的领域合作和互助。
本报记者 牛伟坤
文并图 J191
