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5个方面解读《流浪地球》行星发动机:这能造出来吗? ...

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发表于 2023-1-24 10:55:21 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 山东济南
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
                        0 i: o* w( j8 Q- |0 t
            #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?
" }! M/ S2 {9 n6 r. u% C, x' b                        
/ 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。
' M1 k+ j. R, z  c- `2 W: G6 k                        & ?0 M  G5 w8 [5 t8 e% b# ?
            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。
2 ?! |2 P! f$ ?3 I4 \% D7 f                        6 s2 l) C  H& c. j
            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。
; l  U9 ?* L' ~: b                        
% 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
                        : g4 [# I# u" R0 B' X% `) 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。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
                        ! J+ Q2 l, z* C
            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
                        . g- ~* C6 a' }) q9 |
            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
                          {& ?. L7 u+ ?; Z3 X" W- w
            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
  {9 ]* K+ O# L$ C2 u" F! V* s9 U                        : L& t& e* u+ Q3 f" A
            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”
# g% t0 x# U4 @3 B- Z3 C                        0 A3 T% x& O% A- `6 v
            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 |
                        9 H- ?! T; X/ m: 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。
4 a' @  [' D/ ?( t0 a8 U                        ! O1 Y8 O2 H- j- A% W1 a: ~
            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) {
                        4 L0 c0 T+ [* \" r$ c' o
            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。
# p4 A  ?4 i9 o. N+ Y                        
+ @! 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 ?- ~
                        2 N/ i  l$ d& D' r' F- p
            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。
- M+ x1 _% d7 J5 l4 _; e                        
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
                        / D  B% r& a  N" N
            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。
% p0 m& n- k; T1 s6 r6 k# D/ F$ `* A                        / m: d4 C9 S. B
            重聚变反应堆& T5 _* V( N- Z  R" [% o  R$ N
                        : B0 M0 \  p; `6 {0 Q
            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。
' k$ M) M( K& h  m: R                        4 F) g# T. L) g* g6 ]
            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
/ S: J: Z; L+ ~% ]9 J5 V                        % K- O7 a, q2 \! q9 t( M
            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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发表于 2023-1-24 11:10:50 | 显示全部楼层 来自 山东济南
人们都以为地球是颗岩石质地的星球,以为大地是坚硬无比的,于是造个大发动机在那里推着地球跑,可是你很快会发现,坚硬只是薄薄的一层,发动机不久就会穿破岩石,掉进地幔里,成百上千台发动机一起推的结果是半边地球都碎了,人也活不下去。推地球成本太高,还是建星际飞船吧,这个可信度可行度高点。
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发表于 2023-1-24 11:25:14 | 显示全部楼层 来自 山东济南
我觉得三体还是不要被过度吹捧的好,期待中国出现真正的科幻
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发表于 2023-1-24 11:40:43 | 显示全部楼层 来自 山东济南
让地球停止转动就会失去万有引力!那地球表面的所有物体、人、水等都会因万有失去引力飞到太空而灭亡!月亮也跑了消失在太空中!最主要的是:太阳公公不会答应的!它在临死前也挣扎。失控的太阳风,耀斑爆发出巨大的能量,吹掉地球表面上所有的一切,同时也会烧毁地球,使各种生物永远灭绝……个人办法:造诺亚方舟胶囊
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发表于 2023-1-24 11:55:32 | 显示全部楼层 来自 山东济南
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