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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。! H4 n" r, y6 j( v* i1 l' u l
这一期,半只猫会从以下方面全面解读“行星发动机”
" h$ _: N4 _ w5 O4 n 1、为什么要造行星发动机?
& w/ a, o4 j* t* S 2、发动机如何产生推力?9 ~( y& [6 P9 l
3、发动机的参数和构造?
9 s5 U% r0 z3 O& c 4、对地球产生的影响?% j! ]$ g2 n! L; b
5、现实中能否造出行星发动机?
, O l. P+ o( s4 Z9 n; X 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。% ^5 N# P9 f! j+ j; P b$ i
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#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#
) N! ?9 @* O& Z6 C 一、为什么要造行星发动机?
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/ l! l: G$ X6 @ 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。
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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。
" H. I) R3 u/ P! A 而行星发动机则是整个计划的关键所在。
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星系示意图
% z' Q2 R, ~, G) ?7 t6 D 人类的自救之旅分为五步:7 a: c1 s% U: S+ a+ Z0 L
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。; M% ~! A2 K; H; b5 ]: v
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;; B* M! d% P: f0 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。
4 F# _) w4 E _# N9 a 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,
1 U1 G Z: _* q 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。
8 x* n8 w6 {; P& z/ 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。5 ~( L" w" i" V% j5 w. 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。
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% g, j! J# T4 O; l. [) K$ Y 半人马座的三颗太阳/ {9 q: o& \" K* v k
这就是建造行星发动机的意义
# E+ O5 m8 I5 O3 {, f, U$ V4 }1 ` 二、行星发动机如何产生推力?1 \; T! N7 C/ W% D: I' m
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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。0 m* ]2 _2 K' _' [- K
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。! k0 s' _; x# K
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。
`( T2 c% c6 T 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。6 q+ ^( P( q1 x3 o: B8 n
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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。
/ E! I1 c8 z$ R; I- r1 E “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,
$ J: |( R& Y, R: P4 g$ m. ~. V “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。
0 M7 i% w; {: g X! Q( _* i 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。1 A; C, Z7 `8 I
) ?: A! z) N* M" ?7 ? 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。6 G; c3 _' O1 W5 U
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。# o9 {' R: R: W k
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。 h1 G* T3 O5 ~9 }. l
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火石# G: ~2 a7 W7 }
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。1 y8 `9 t, u- j9 Q0 u# i% ~/ V
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。: \8 z( ^8 ]: n5 E9 Q
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火石机械臂
6 C& q# R1 v/ X" T 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。1 `5 z/ h9 v" p; b7 x
三、行星发动机的参数和结构
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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”
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上帝的喷灯概念画
' S; ~ r# B- O8 r: _& J* b 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: X" x% z7 }5 |
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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。
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转向发动机) `& x; g8 \" ?- D8 L
外部结构
. N. {- j; u( e0 { 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。
9 l. R# U0 Q& y 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。' b% B& u0 X& r) {
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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。6 \9 A9 `' v2 B7 u# U3 z
3 x3 D% b2 I3 k8 b 7个支撑臂1 j. C- ]: s& e, N( K9 A
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。
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+ @! D% Y) n1 d! M( j7 E9 L 最前面的就是堤坝" w: G) G' r S$ e$ q7 ~. A
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。, l' G% Y: F6 t+ C D! C/ h8 M
/ ~" s/ c% R L- s8 ] 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9 z" S, a) o3 P5 e% s% s; V" w
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”。
: D3 a/ G& M6 q# x4 c+ h+ l# K 登“峰”靠巨型电梯,登“山”则必须坐车沿盘“山”公路上行。
) B0 i; X: @3 g3 J% X; h 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。" m: @* c0 i0 ?- ~
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进料口4 c8 K3 g$ K9 K! r$ x9 Y
内部结构* ^% S" U* n6 C) Z! v% B
" B# s. Y: Q9 p5 C9 n 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。
# c7 W5 T" S6 w7 {# d1 K 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。3 w; L7 j& ]9 Z$ a& l3 H( M* A# J
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。
0 }# T) M0 C" N; @$ L! S 苏拉威西发动机* ]7 I# M- O6 T& Q( ?0 _ n
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。
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3 c6 s0 ]* t" B2 Y 流浪地球导演郭帆7 a0 p1 A: G/ J, t& }
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。$ b8 Y0 P P+ v- g6 X
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通往点火闸的通道6 W$ n9 [1 h0 q0 q2 i9 X
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。
$ S2 d6 Q" |1 s7 Q7 w1 Q) p 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' `2 e% b* F+ q5 c; D3 _- a( d' l, o: f7 ?
- C: c2 z0 `; _; C5 M 反应堆点火闸- t6 q" `+ _+ V3 I9 o7 L, E
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。
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重聚变反应堆& T5 _* V( N- Z R" [% o R$ N
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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。' R( V, E2 |; G) z
; O, I) v9 v3 d- V- B 喷射口细节
. X. p1 c" F; } 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。
( L, b8 x. M% s4 n0 w: {/ N8 O 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。
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百度上的截图
" ~6 n& Z8 r6 Y" J+ B2 K 四、行星发动机对地球产生的影响?
& l: g. S# }0 C. d% w 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。. G9 Z0 q) i) o+ @2 r: ^
% C; ^+ |2 z9 P 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
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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。0 J2 C! U X# O1 E1 X8 C& ]
五、现实中能否造出行星发动机?2 b4 A. k) L/ {% m
- ^- a8 l3 t9 i$ P8 P$ V( ? 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。8 u, G* ?; u5 `+ O* f+ `/ G/ q7 c
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。
9 J$ T% j# k, @( 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" K; I. K) h$ \
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。2 u8 V9 y6 \) Z
但科幻,不就是这样吗?
2 g; u. z0 V% W/ H/ a. r 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?" t1 z# Y8 P$ u) J: s* Y, ]9 j* T$ R
4 ]' d. U, J# o1 y5 O3 l8 \: { 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! H. {: U! I9 H5 h) F' u
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