|
无论你是否会去看《流浪地球2》的电影,半只猫都建议你了解一下行星发动机的概念,一定会让你叹为观止。
8 J4 A6 u) B- D5 D% X8 y. H. s 这一期,半只猫会从以下方面全面解读“行星发动机”3 T! _$ a4 e, S3 z
1、为什么要造行星发动机?
* \, c. j8 {/ [! L8 ?5 ^7 L 2、发动机如何产生推力?' ~ o, ~6 U5 }% C! l
3、发动机的参数和构造?
% G8 C3 ]5 m7 G5 F( y$ i- r 4、对地球产生的影响?5 ]9 ]; `; o p' r2 G
5、现实中能否造出行星发动机?
3 D; o& d% {% s4 }+ P% q 主要参考了小说、电影、官方微博、电影制作手册等官方资料,并尽可能整理、融合在一起。9 D7 G7 L& [! D& Y$ |1 s' ]
* n. T% h. h4 J, Y( |4 q #电影流浪地球2##流浪地球##刘慈欣##行星发动机##电影流浪地球#3 o; P7 }9 o8 t& y7 C
一、为什么要造行星发动机?9 |/ Q( Z; }1 h {% E. E
8 h, G$ A3 |0 [( ?; N& L* u* D
人类预测太阳将在数百年内发生氦闪,成为一颗红巨星,地球在这个过程中将被太阳吞没、气化,不复存在。
6 F3 l2 U% I: Y1 Z$ _' C' G0 [) b( Y
8 E. n. n6 s4 I1 k4 k& L0 | 因此,人类启动了“流浪地球”计划,花2500年时间前往4.22光年外半人马座的比邻星。
: @4 ^* m4 g# t. `; x. O I 而行星发动机则是整个计划的关键所在。
3 Y, [& G" s) L4 }% E0 x' C , V# y' b: s& ^$ r
星系示意图
! ?/ a; c6 l& A8 }6 v- } 人类的自救之旅分为五步:
: d9 A0 {8 N! R 第一阶段【刹车时代】用50年的时间研发制造行星发动机,使发动机喷口固定在地球运行的反方向;2039年第一组行星发动机建成,2060年最后一组建成,2065年地球停止转动。
* X4 D" s/ M$ v7 w) t5 f. E6 |# o 第二阶段【逃逸时代】全功率开动行星发动机,使地球加速到逃逸速度,飞出太阳系;8 @' @ @7 k0 |0 @, E1 t# r
不过,行星发动机的推力没有我们想象得那么强,它只能给地球很小的加速度,不能把地球一下子推出太阳轨道,在地球离开太阳之前,还要绕太阳转15圈,慢慢加速,逃出太阳系。6 l& o7 c, b8 ~% B1 H
第三阶段【流浪时代Ⅰ(加速) 】地球在外太空继续加速,飞向比邻星;这个阶段,地球脱离太阳系轨道,飞向目标,不间断地加速500年,加速至光速的千分之五,这500年中,发动机将烧掉亚洲大陆上一半的山脉。然后地球以光速的千分之五滑行1300年,走完三分之二的航程,
7 q& d+ z- D# K. s8 H! \( b 第四阶段【流浪时代Ⅱ(减速) 】地球掉转方向,用行星发动机开始长达500多年的减速;再用100多年的时间,泊入比邻星的轨道。- \, @4 K, D: Q% |9 ?% Q
第五阶段【新太阳时代】地球成为目标恒星系新的行星,人类抵达新家园。4 E3 s$ P R* l: z7 P
人们将看到半人马座三颗金色的太阳在地平线上依次升起,万物沐浴在它温暖的光芒中。固态的空气融化,变成碧蓝的天空。两千多年前的种子从解冻的土层中复苏,大地重归绿色。
* I6 _! ?1 W2 p # {( F g O4 W. P* I7 c
半人马座的三颗太阳
+ j3 s G( S1 ~# @8 r) Z 这就是建造行星发动机的意义
% R; K- ?$ ]- ~5 ` 二、行星发动机如何产生推力?
: j6 z; A- L, @5 C$ ]5 T% k 9 x3 Q/ @. w6 x( c3 Y" L
发动机利用真空岩石重聚变技术作为动力源,通过氦三激发硅原子重聚变链式反应,从而获得高能高压的等离子流。这股等离子流沿着发动机喷口向指定方向喷射,通过反作用力推动地球前进。全功率运行时,一台行星发动机平均每秒产生150万亿吨的推力。' w3 ?8 `$ z% V# B r& A: O; i6 v
这并不是发动机运作功率的极限,如果使用特定的催化材料和石料混合放入反应炉中,发动机可以产生200万亿吨的推力。
4 k( [. I* Q, a; a' x 但是如果长时间这样运作,发动机会因为散热能力不足而发生故障。由于内壁散热能力有限,发动机采取脉冲喷射的方式运作,通常的运作周期是每60秒进行一次全功率喷射,喷射持续10秒,间隔50秒以便散热。
. C. U; J/ ]- ~ 当然,这个喷射周期可以在发动机控制中心进行调整,比如,春节十二响,比如,七娃合一。( c4 V) a; o7 y8 ~
( d2 P; Z9 a9 j( s$ d2 v' i 这里半只猫解释一下什么是“重聚变”,首先把这个词拆分开来。7 E% p9 o: o5 X& n
“重”是指重元素,也就是元素周期表里原子序数比较大的元素。原子序数,就是原子核内质子的数量,越多也就越重。氢元素的原子序数是1,硅是14,铁是26,0 p H2 c! T1 Q' T/ Q1 J
“聚变”是核反应的一种,在极高的温度和压力下,让核外电子摆脱原子核的束缚,让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起,发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,这个过程将产生巨大的能量。
/ M1 o6 }6 g3 D) O 1公斤的氢聚变为氦的过程,产生能量约等于150573.6吨TNT的当量。
* ~- H6 _/ W6 o# H! G8 V ! F9 M4 F- _5 ]* C# u+ g& j: m
但是即便如此,就算烧完地球上所有的氢元素也不足以支撑人类到达遥远的比邻星,所以才要烧地球上随处可见的石头,本质上就是石头里硅元素的核聚变。) Y) Y' C! K, B( B3 C2 A
不过原子序数越大,条件也越苛刻,氢元素核聚变需要1000万摄氏度,氦元素核聚变需要2亿度,到硅元素至少需要10亿度,甚至更高,太阳都达不到那么高的温度。7 z3 t+ N# b& `2 M& o. J
那人类到底是如何实现重聚变的呢?现实里我们有生之年恐怕都很难见到,小说里压根没提,电影里则增加了“火石”的设定,使其成为行星发动机启动的必要条件之一。发动机一旦停止运行,就需要安装新的火石才能启动。+ K4 ^, p/ U1 z+ n
# a9 P$ j4 j0 C" U% g
火石
, e. L2 K# i( H* ~- m 每个火石只能使用一次,可以瞬间产生百万度的高温,启动重聚变链式反应,一步步实现重元素核聚变所需的苛刻条件。
, |3 Q3 t# l# `, T4 H/ |5 N R& T 火石本身就是个非常危险的东西,所以火石没有就近存放在行星发动机附近,而是要千里迢迢地运过去。. z! W, A a4 G1 ]$ Q: ^+ M
% _0 o6 M7 r7 O. r0 `
火石机械臂
7 e5 v% T% M+ Y$ B' o; J9 U 但火石可以被枪打坏,这个情节就让人有些尴尬了,我们暂且理解为,是打坏火石的引信装置吧。
( R7 \4 P- E2 B- m4 e% ] 三、行星发动机的参数和结构9 M1 k7 Q6 @. g5 e$ _
2 _) L. x6 x) V
行星发动机,也叫地球发动机,英文名Earth engine,人们也称它们为“上帝的喷灯”
* H8 M0 Y# v3 W. V+ C + k: J& |1 o. O9 a
上帝的喷灯概念画
9 \6 N! [9 O- t% ~( Y 行星发动机共有12000台,分为推进发动机和转向发动机两大类。前者有10000台,负责为地球提供前进的动力,安装在北纬30° 以上的亚欧和美洲大陆各个平原上,因为只有这两个大陆完整坚实的板块结构,才能承受发动机对地球巨大的推力" V/ A8 m7 X$ ~6 p0 _
+ h& O! n1 Q; Z, C9 K Q 转向发动机有2000台,安装在赤道上,不直接推动地球,作用是停止地球自转,保持地球运行轨道的稳定,通常以较低功率运行,当地球需要改变方向时,则会根据需求大功率开启其中一部分。# b) q# N/ C4 C; K# T
- Y7 w; t* f. k; C. e/ z& G 转向发动机
. [8 z5 _3 {5 f7 U8 w 外部结构9 ?. R) ]- P7 P i* t1 M! t
行星发动机依山而建,高度从8公里到11公里不等,成矩阵放置。( J8 K4 Q8 t- ~% x
为了让发动机启动时不会下陷,底部用最新的复合材料制作了直径超过100公里的支撑面,以降低对地表压强,中间有7个支撑臂。
8 E& z* b8 C* ~- z) j2 v4 E7 l I( q/ Z) U; W1 }6 H9 l! r
正下方建造了地下城,人类利用发动机产生的能量在地下生存。8 p& P8 X& v3 j- U" i- J! V9 T
/ ?* f$ c9 v/ i. Z8 d% z 7个支撑臂8 q" j' O) u3 e5 [$ i
发动机最外围是平均高度600米、厚度300米左右的高大防洪堤,为发动机运载燃料的运载车就停靠在这里。+ M7 F& _/ l' F, W1 z' H; M9 _
8 F6 q- G' h) J6 B( U0 b/ t 最前面的就是堤坝+ s/ M3 X+ h- _4 C# x
地下城的电梯出口也在防洪堤顶端。防洪堤与发动机外部的冰原和发动机主体结构以桥梁相互连接。6 I8 m9 x' O3 l# U. c$ ^% S3 E" x
9 l: K3 X/ c! L! q9 c0 _/ m
推进发动机有3000台大型发动机,直径33公里左右,7000台小型发动机,直径10公里左右。转向发动机的规模和建制与大型推进发动机相当5 c" k+ _- w6 ~" I4 p7 m
人们称呼大的叫“山”,小叫“峰”。比如小说里称呼一台发动机叫:“华北794号山”。
4 o ~7 Q9 |" I, r 登“峰”靠巨型电梯,登“山”则必须坐车沿盘“山”公路上行。# j8 J8 D, l( y( P! C A [& Y
大型发动机的进料口在6000米~7000米处,运载车会把石头运到这里喂给发动机,作为燃料。% B* H! ~% s* t
) V: N. c/ [8 g% t
进料口( i* b* \! d8 U5 I( G
内部结构4 ~% ]8 i: e2 t; |
# k- O$ w3 K9 C! C" p& ?
以电影里赤道上的苏拉威西发动机为例,我们具体介绍一下发动机的构造。* P. _, A/ G, M
发动机指挥中心在距离发动机外壁3公里处,有直达地下城的主电梯以及备用电梯。/ j3 J9 g5 v+ {0 o" P: [5 m
指挥中心上层设施包括:中枢电脑和电路室,是主要的程序控制区域,李一一和老何在这里破解发动机的程序。指挥中心下层,是控制发动机喷射口的联动装置,也就是王磊队长等人推动“撞针”的地方。
+ ^; t3 c* C: n; a! D; o2 a: B) }$ C( V 苏拉威西发动机
. B7 c# g( }8 o 这里说个题外话,其实制作团队自己都觉得撞针需要手动操作不太合理,但剧情上,需要一个众人拾柴火焰高的场景,于是就有了一群人“推针”的情节。
: b- D7 X0 _# k* E% G$ _ . r2 x s6 A9 t4 F5 m& d
流浪地球导演郭帆4 ~* s" |7 X8 M1 m' n2 D- [. @
围绕发动机主体,有几百米高的高速路桥梁,刘启开着运载车从这里进入发动机内部——发动机点火核心。
: e# d$ U1 Z3 d3 u3 f. Q 8 t: a; e9 o4 E# J! p7 C
通往点火闸的通道
9 G7 \2 z3 K% d% \3 B 发动机点火核心的室内温度可达120度,必须穿冷却服才能进入。
+ g3 `) k' R; U" n# D' b3 j 一直往中心位置走,有一条车行通道可以到达反应堆点火闸,也就是男主角安放火石的地方- t$ u* l+ g3 T4 V1 |
" ^* u- N1 Y% I) G M. v% \ 反应堆点火闸( `& [( W% P5 \4 n M/ u
点火闸往上延伸的就是行星发动机的主体,重聚变反应堆,发动机的核心装置,石料发生反应产生能源的区域。
& }& U+ a5 l& F: e
5 m3 \' Y' x8 Z7 ]( G* N 重聚变反应堆
* F9 R+ S& }. S# h- l
% ?9 X6 J+ `3 e* {( z 再往上,就是等离子喷射口,发动机的喷射方向可以在指挥中心进行调整,调整角度的极限是15度。
( V7 E0 R+ F. ?) }3 o7 O 1 X6 W" U6 D" K+ J" [# q3 r5 P
喷射口细节+ g' L0 X+ W2 B" R. G
每个发动机的喷口不止一个,而是由上百个喷口组成阵列。这是为了让喷射的能量更加均匀而不是集中在一个点上。但是电影中李一一为什么说是7个发射口呢,你可以理解为七组喷口,每组有14个小喷射口。
( s0 r3 l* @0 z! [; P# | Y PS,百度百科里有一段关于行星发动机内部结构的描述,但我没有找到官方出处。这段描述最大的问题就是,1亿度还不足以发生硅元素聚变。
0 ~* G. w3 K, N6 l' U& b6 D
6 |3 O+ }1 X" I 百度上的截图
- W0 I' G: |1 Z/ s; ?3 ` 四、行星发动机对地球产生的影响?
6 f" B0 B/ E0 e. i& |1 j1 U 行星发动机的等离子光柱把整个北半球照得通明。并且带来酷热,周围户外气温高达七八十摄氏度,必须穿冷却服才能外出,在这样的气温下常常会有暴雨。' ^1 p4 Q" x: Y4 H5 j- D" M) B0 ]7 r
- M+ f8 c( W; h$ g2 J 行星发动机加速造成的潮汐,吞没了北半球三分之二的大城市,发动机带来的全球高温融化了极地冰川,更给这大洪水推波助澜,波及到南半球。加速产生的百米巨浪轰鸣着滚上每个大陆,灼热的飓风夹着滚烫的水沫,在林立的顶天立地的等离子光柱间疯狂呼啸,拔起了陆地上所有的大树
$ s; @7 i* b, I6 b2 z- ]: g, T 2 g% m3 A5 o+ `& w; M$ N
另外,由于行星发动机产生的加速度及运行轨道的改变,地核中铁镍核心的平衡被扰动,其影响穿过古腾堡不连续面,波及地幔。各个大陆地热逸出,火山横行,这对于人类的地下城市是致命的威胁,岩浆渗入灾难频繁发生。3 o( J% u2 }3 @0 D* [
五、现实中能否造出行星发动机?
y& e3 f# ]& |9 L2 ? . u( p( P% Y7 |/ k1 L$ O
有网友曾经估算过,如果要造出电影里北京三号发动机,光是框架结构总重量就达到了1400多万亿吨,按每吨4000元的价格, 就超过了500亿亿元。
6 l- g- C) P( E3 K1 t5 E# n 而根据2021年世界钢协的数据,全球粗钢产量也只有19.51亿吨,连造行星发动机的一条支撑臂都远远不够。. S& b* h- K3 A+ h5 Q+ c8 z$ r
更不用提“重聚变反应堆”了,我们现在连最轻的元素聚变技术,都还存在着许多问题。重元素聚变,那可能是几辈子以后事了
z S. h, F" L1 ^ 当然还有人说,即便造出来了,地球的地壳结构也承受不了,或者动力远远不够,让地球飞往比邻星,简直就是空谈。# y% r1 ^! k5 P4 J5 C$ V# N/ a [$ z
但科幻,不就是这样吗?
7 }7 T+ e' ^6 q7 a" K; [5 k 曾几何时科幻作品里的“不现实”,有多少已经走入了“现实”。如果人类连想都不敢想,那和被三体人的智子封锁了科技又有什么两样呢?
, I3 _# m( K' |
$ z- B2 U$ x5 ]/ b6 ?5 r7 C% f 让我们一起期待有更多“敢想”的科幻作品吧。喜欢深挖电影的小伙伴记得给半只猫点个赞,评论区里来催更吧
$ S+ } }! V4 p7 i3 ^* u; ^ |
本帖子中包含更多资源
您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?立即注册
×
|