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这片冰雪覆盖的大陆，其面积几乎是澳大利亚的两倍，但居民不到4000人，而且都是临时的。火星更冷，更干燥，而且缺乏可供呼吸的氧气和合适的气压。人类会不顾挑战，选择在火星定居吗？
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萨德勒生机勃勃的温室试验，最初是用一些边角料完成的。这些试验在世界上最恶劣的环境中取得了巨大成功，因此萨德勒和其他研究人员正在为地球其他边远地区开发自动化系统——显然也考虑到了太空。萨德勒和受控环境农业中心已经有了一个成熟的月球-火星温室原型，可以生产1000千卡的热量和一个人每天所需的氧气。这部分内容我将在第4章详细讨论。回到冰上后，德国人安装了一间船运集装箱大小的生长室，在人工照明下种植植物，不需要土壤。由欧洲发起的这项计划由阿尔弗雷德·韦格纳研究所（Alfred Wegener Institute）的亥姆霍兹极地与海洋研究中心（Helmholtz Centre for Polar and Marine Research）领导。2018年1月，用于太空安全食物生产的植物栽培技术地面示范实验室（Ground Demonstration of Plant Cultivation Technologies for Safe Food Production in Space，EDEN ISS）被送往德国诺伊迈尔3号站（Neumayer III），作为在沙漠、地球低温地区以及未来人类登陆月球和火星任务中种植作物的试验田。到2018年8月，在南极的隆冬季节，EDEN ISS每周可生产几千克西红柿、黄瓜、甘蓝、萝卜和其他蔬菜，供那里的10名工作人员食用——相当于大约每周每人一份沙拉，或满足大约10%的热量需求。也出现过一些问题，比如风暴导致电力中断并损坏了一部分系统。但站里的工作人员对它们进行了修复。在火星上也要做这样的工作。[24]
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最早将于2030年建立起来的月球科考站，看上去会跟南极的一样：那些从事天文、太阳物理、地质和材料科学研究的无畏的研究人员，为商业开发和最终的旅游业奠定了基础。他们将尽量减少户外活动时间，主要工作和生活在狭窄的栖息地，食物从地球运来，辅以在人工照明的月球温室里种植的蔬菜。水将从月球当地的资源中获取。工作人员可能会在 那里待上几个月到几年。巧合的是，建立月球基地的最佳地点之一将是月球的南极（我将在第4章关于月球的内容里对此进行详细叙述）。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 海底生活
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尽管南极洲的环境恶劣，但这片冰封的大陆仍然有一样东西是月球和火星所没有的，那就是空气。当我们进入太空时，我们需要携带空气，或者以其他方式制造空气——不仅是为了呼吸，也是为了给宇航服加压。这是生活在地球之外的另一项挑战。
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然而，地球上有一个地方与深空完全一样。这是一个脱离尘世的环境，完全黑暗，低温，异常的环境压力，没有自然供应的可供呼吸的氧气，狭窄的空间，令人恐惧的与世隔绝，与其他任何人联系的能力有限——在这里你和其他艇员要自己发电供照明和设备使用，自己制造供呼吸的空气和供饮用的水，并且要保持食物供应的完善。我所指的环境就在地球海洋深处的核潜艇上。
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核潜艇上的生活是最接近在月球、另一颗行星或太空航行生活的例子。核潜艇上的人们一直与四周的恶劣环境进行着生死搏斗。这样说一点也不夸张。这是一种痛苦的、让人心惊胆战的生活。任何一次事故——火灾、失压、船体泄漏、气体泄漏——都可能导致全体艇员死亡。发生在海底一英里处的灾难如同发生在太空数百万英里处的灾难一样神秘莫测。
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第一艘核潜艇的设计者肯定没有考虑过太空定居的问题，但这些潜艇包含了太空生活所需要的所有技术。通过这些技术的使用，我们学会了如何在一个完全人工、自给自足的环境中生活。事实上，这些潜艇是有史以来最为复杂的工程杰作之一。它们的核心是一台结构紧凑的核发动机，在不添加燃料 的情况下可为潜艇及其所有子系统的运转提供25年的动力。第一艘核潜艇是1954年命名的美国海军“鹦鹉螺号”（Nautilus）核潜艇，可以用4千克核燃料航行10万千米，相当于环绕地球2.5圈。美国海军“宾夕法尼亚号”（Pennsylvania）是目前服役的最大的核潜艇之一，它可以将17000吨重的钢架船体加速到45千米/小时以上，且仅用拳头大小的铀块就可为这艘170米长的核潜艇上的无数机器设备提供数年的动力。[25] 一次航行通常持续3个月，基本上都在水下。这艘潜艇重新浮出水面只是为了补充食物或让艇员见见家人。
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NASA正在研究核潜艇的设计，目的是探索木卫二上被冰覆盖的海洋，以及土卫六上的碳氢化合物湖泊。这些任务可能几十年后才能实现。仅仅是核裂变所提供的燃料效率，就会促使航天机构考虑应当采取什么样的类似方式为月球和火星基地提供廉价可靠的动力。在尘土飞扬的火星上获取可靠、丰富的太阳能依然是个问题，我们将在第6章进行详细阐述。而在火星之外，从遥远的太阳那里获取太阳能是很不现实的，只有核裂变才是最有可能的燃料来源（除非研发出核聚变发动机）。
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然而，从核潜艇学到的更重要的一课不是能源，而是如何利用能源：在不利于人类生活的环境中创造出一个自给自足的人工“地球”。在水下或太空生活的第一个要求是生成氧气。拥有150名艇员的潜艇，每人每天至少需要550升氧气。如果没有氧气发生器，潜艇内的氧气7天就会用完。[26] 在核潜艇上，珍贵氧气的来源之一就是周围的海水。每个水分子（H2 O）包含2个氢原子（H）和1个氧原子（O）。采用电解的方法，机器将电流加到蒸馏过的海水中从而产生氧气（O2 ），并将氢气（H2 ）释放回海洋。这个过程或许模拟了在月球和其他地方从水冰沉积物中提取氧气的过程。
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当然，产生氧气只是第一步。我们吸入氧气，但呼出二氧化碳（CO2 ）。潜艇必须在空气中的二氧化碳含量上升到有毒水平之前将其清除。由于没有植物可以自然吸收二氧化碳，只能用一台机器让气体通过单乙醇胺（一种分子式为HOCH2 CH2 NH2 的有机化合物）水溶液，“去除”空气中的二氧化碳（顺便说一句，不要陷到化学里，但要注意分子式里的N，N代表氮。美国海军表示，核潜艇上的空气比你在陆地上呼吸到的空气更干净，但这只说对了一半。没错，那里的氧气相当纯。但是任何一位经验丰富的潜艇人员都会告诉你，潜艇上弥漫着有机胺一样的恶臭。这是在滤除二氧化碳的过程中由氮生成的东西）。另外，我们还会呼出水蒸气，必须在封闭系统里用除湿器将其去除。而机器们也在呼气。炉灶会产生少量的一氧化碳（CO），即使微量的一氧化碳也是有毒的。而电池会释放氢气。这两种气体都需要过滤、收集并燃烧掉。
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NASA曾经花了好几年时间模仿美国海军设计的空气回收模块，并将该技术发展到了一个新高度，现在是美国海军回过头来请NASA帮助他们改善潜艇的空气质量，主要是实验各种去除二氧化碳的方法。[27] 植物可以帮助吸收二氧化碳，产生氧气。但在潜艇或太空栖息地这样的封闭系统中，每人需要 几百株植物才能复制这种自然循环。而且在室内种植植物需要电力照明，因此还是电解水更可靠，所需能量更少。植物最多作为机械空气交换的补充，减少点气味，增加点氧气。
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潜艇上的饮用水也来自海水，通过高能耗海水淡化过程获得。当潜艇从水面潜至半英里深的巡航深度时，也需要能量来保持1个大气压的恒定气压。这种压力调节在某种程度上与飞机和太空所需要的压力调节正好相反，太空天体上的压力很小或没有压力。以海平面为例，地球大气层的全部重量都压在我们身上，压力约为15磅力/英寸2 （PSi）。我们把这个量称作1个大气压，这样用起来很方便。在珠穆朗玛峰的顶部，气压只有5磅力/英寸2 ，即1/3个大气压，因为压在你身上的空气变少了。
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火星上的气压大约为0.09磅力/英寸2 ，因为那里几乎没有空气；在月球上，气压基本上为0。但是你一旦到了水下，水和空气的压力都压在了你身上。水深每增加10米，压力就增加1个大气压。所以，在半英里或800米深的地方，压力高达80个大气压。出了潜艇的安全范围，你会立刻被碾碎。潜艇由双壳系统保持恒定压力，包括外部防水船体和内部耐压船体，全部用坚韧的钢或钛制成。人们用一个可保持各种空气量或水量的先进压载系统来防止船体被压缩变形。
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核潜艇很先进，同时也是危险的野兽。危险不仅潜伏在寒冷黑暗的海洋深处，也潜伏在潜艇内部。毕竟，大多数 核潜艇是武装到牙齿的战争机器。火很容易引发爆炸，把潜艇炸开。2000年8月12日，一艘叫“库尔斯克号”（Kursk）的俄罗斯潜艇就遭遇了这样的悲剧：过氧化氢泄漏引发了一系列的弹头爆炸，随后煤油被点燃，引起的大火将潜艇撕裂。118名艇员中的大多数在最初的爆炸中就已丧生，还有23名艇员显然在潜艇的另一端存活了几小时，直到又一次爆炸耗尽了剩余的所有氧气，使他们窒息而死。
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航天机构从潜艇人员的生存和死亡中吸取了经验教训。俄罗斯政府对“库尔斯克号”灾难的调查报告，几年后发表在俄罗斯官方日报《俄罗斯报》（Rossiyskaya Gazeta ）上，披露了“各级指挥部门令人震惊的疏忽、违纪行为，以及劣质、陈旧并且维护不善的设备”[28] 。也就是说，这次事故完全可以避免。在这方面，NASA对ISS工作场所的安全采取了军事化的管理方式，即每天要进行超过一小时的例行安全检查。在“库尔斯克号”事故发生后不久，即从2002年起，NASA正式与美国海军合作，开展NASA/海军标准化交流，其中包括来自NASA安全与任务保证办公室（Office of Safety and Mission Assurance，OSMA）以及海军07Q潜艇安全与质量保证处（07Q Submarine Safety and Quality Assurance Division，SUBSAFE）的高级代表。该小组确定了NASA从SUBSAFE的成功经验中获益的多个项目。[29] 如果致命事故可以发生在地球上，可以发生在海底，那么它也可以发生在太空。
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航天机构对潜艇上的生活安排也非常感兴趣，因为太空生活，至少在早期，也是十分拥挤闭塞的，也有可能造成心理焦虑。潜艇的保密性要求更高，他们称其为“沉默舰队”。核潜艇要对全球范围的监视网隐身，因此艇员不能给家里打电话，也不能像ISS上的宇航员那样与亲人或好奇的学童视频聊天。在执行任务的第一天，当你走进其中一艘潜艇，听到身后的舱门关闭，一种幽闭恐惧症的感觉可能会瞬间袭来。美国海军的“宾夕法尼亚号”可能是世界上最大的核潜艇，长170米（大约两个足球场的长度），但宽度只有13米，龙骨深度12米。那里没有窗户，只有朦胧的人工照明引导你穿过迷宫般的狭窄通道，从地板到天花板布满似乎永无尽头的金属配件、管道和电线——非常原始，就像一个未完工的建筑项目。几乎所有东西都是灰色的，像是专为压力训练而设。机器间里发出持续不断的嗡嗡声，润滑油和柴油的气味与无处不在的胺的气味混合在一起，形成了独特的“苏马林水下香水”（eau de sous-marin）。净空低，不到6英尺——最好不要太高。日复一日都是同样的面孔。睡觉的床铺是三层的，9个人住在一间比牢房还小的房间里。没有太阳来指引你的生物钟，你可能要等上90天才能再次见到阳光。
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正如在南极洲所见，用餐可以提升士气。美国潜艇艇员声称，到目前为止，他们的餐食是美国海军中最好的。除此之外，美妙单调乏味的日常工作，以及对“库尔斯克号”悲剧的记忆，让艇员们保持了继续工作下去的动力：向站点报告，检查机器，进行维护、清洁，从床上跳起来完成突击演习，训练，体能锻炼，从床上跳起来完成另一次突击演习，吃饭，睡觉，不断重复。新手要取得大量任职资格才能成为一名潜艇专业人员，才能“赢得海豚勋章”。海豚勋章是一种制服胸针，是三大主要服役作战勋章中的一种。赢得海豚勋章在 美国海军可是一件大事。让潜艇艇员保持头脑清醒的还有一个因素是他们强烈的使命感，即控制一部能够发动核打击、行动隐秘的战争机器所产生的令人敬畏的责任感。
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潜艇艇员经常哀叹他们没有窗户。要安装承受巨大压力的窗户实在太难了，而且起不了什么作用，因为1000米以下的海洋中根本没有光。但他们的抱怨成为ISS安装窗户的主要原因，这对宇航员来说主要是一种慰藉。
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美国海军研究了潜艇艇员的心理健康状况，发现拥挤的环境会导致睡眠不良、易怒、抑郁。这并不令人意外。创造一种空间更大的假象，拥有更整洁的娱乐场所，比如食堂和卧铺，可以提高幸福感。[30] 对潜艇艇员来说，一次出海的时间很少超过3个月。拥挤的火星之旅预计将持续9个月，然后要在狭窄的栖息地度过两年，再然后是拥挤的长达9个月的回家之旅。乘员小组会出现什么样的状况？NASA与美国海军在康涅狄格州格罗顿的潜艇基地启动了一个项目，试图找出答案，详见下文。[31]
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