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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。# g. B/ y' ]; \8 j
            这一期,半只猫会从以下方面全面解读“行星发动机”! v; Y2 B$ L. e4 W0 \
            1、为什么要造行星发动机?7 }0 n6 \$ f( u& b! y5 A  z! m
            2、发动机如何产生推力?) P8 X# K8 g& v1 ~; a
            3、发动机的参数和构造?- r' _" c( _  k% B# a; V. r
            4、对地球产生的影响?( p! m2 x: q% L, f. `4 v; g/ R! N
            5、现实中能否造出行星发动机?
" ]- k# F5 _' k4 a: T            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。
+ [3 y+ F+ O6 Q( ]$ a* ?                        
" ~* f2 T" }! K( v0 |5 {            #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#6 K0 ?+ f% p% K$ w2 }
            一、为什么要造行星发动机?
. q7 |5 w' a* \# d' V! ?2 S; j                        
" v# v( G4 L0 c- n) G! \7 x( G0 c            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。
/ O# f" x( k# ?% s                        
+ e3 w+ W* x2 L1 u9 h* ^6 A            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。' W& [, |8 g! B+ ]- J, _) V
            而行星发动机则是整个计划的关键所在。0 H6 z1 D7 S6 c( x. g+ a
                        
* J+ y: e( w5 d8 S! e' y+ L            星系示意图
* ^) H0 F; s' c4 F2 q2 S; Q* K4 e% z9 J            人类的自救之旅分为五步:- q# e, T) ^' s* E- _( l3 G
            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。
& H( s) H) U6 v0 q: R9 I            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;
* F% y+ p' k4 B+ _2 C            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 D, {7 O5 U3 a! E( b2 v
            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 [7 Q1 b) ^$ l3 a' u            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。
' F0 k8 x! b4 M/ U0 J            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。$ m* s: c6 _' f7 S
            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。
: X2 I! U; l4 ~4 Y                        
& }6 T9 @( P  _& [            半人马座的三颗太阳/ ]# k( n/ |# x9 w
            这就是建造行星发动机的意义7 _+ c7 a- P) ?1 h: V4 A3 |7 N
            二、行星发动机如何产生推力?
4 N+ y  ]. X; F3 j* E3 \                        
+ r2 T+ r+ M# Y9 N$ a            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。' f/ c8 q- w/ o
            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。. x' |) G' `6 N! u; I: F; G. _; b
            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。9 n# F. f" @- ]8 a* G1 m2 ^# l
            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。& E- y, ?. l, G
                        
8 H: g  Z2 s* V            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。( M6 n7 y; C5 r; h! e7 R
            “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,
$ O0 \8 E1 s4 @3 z1 ~6 G: 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。
; G# r, l  Y3 i+ l1 |8 `            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。' k# r3 `% d5 v9 D( F' k" Y. g
                        ) g! I# C$ D8 G: ]8 [) E. u
            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。
9 }' j" F: L8 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。
$ {8 x8 h; i- P' q, t# m$ K: D; T            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。% Y( k9 ?4 ]9 ~8 k& s4 n
                        
9 S9 k% }2 B' G' e* ^            火石& E& p; V" l. E& Q4 }9 ^- @
            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。
) c: ?) q" v& m4 Z# Y0 m2 D: B# ~            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。
" K# W, l5 R' U. o                        
$ ~+ U* L  P7 ~1 U3 B) s/ e            火石机械臂, N" F- L. s) [7 g
            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。
: ^' R: d1 _: Y- \$ Q3 O. `$ z; c            三、行星发动机的参数和结构
: A1 l3 y+ O% g8 ]: d, H% E                        , A4 F# _5 Q) H' G" b/ M
            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”0 Z# o4 f7 l( I/ q& q3 @
                        ) w8 t# t  [6 f* w7 X2 Q
            上帝的喷灯概念画
* n5 b+ S3 m# O% f# e$ Z9 z5 N            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
/ |4 v) |  s9 T! B- _( g% y                        $ L5 u. D/ _  b
            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。
  o/ Q6 b% G. J0 L# l                        0 G' ]5 z3 k/ Z- R' N3 `
            转向发动机8 `/ {* ?6 a3 @+ r* U
            外部结构1 {; p- s, l( L# H5 c
            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。  f- ?( M& P7 X  [6 @
            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。
- N7 _" q0 h; i: h6 {# n$ T3 s# ]                        2 F% o$ q. q; f9 u1 N
            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。
& _1 B: B9 [* t+ M2 t                        
( I9 ]6 s3 H2 A# ~            7个支撑臂& s. m9 R) S; u! D# Z
            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。
+ _+ c, h' \7 C/ h8 |1 D% ]                        
, h7 O9 F+ o& C' C! H5 {8 Q            最前面的就是堤坝$ J- s) \! p7 V; c7 k  t" m
            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。7 p, O, p3 e7 ^7 t7 t9 T" y9 w
                        & l$ o" f% m. b$ 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
% [) F" e$ E8 s9 h+ F4 z9 v            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”。
; X& ?( ~7 D, l6 q0 K* X" V            登“峰”靠巨型电梯,登“山”则必须坐车沿盘“山”公路上行。) n' F- F# Y  T" l/ p
            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。
1 x8 p, X' l; K5 h7 x1 ~                        
, f* Y9 `. |1 p  b# O7 [' x            进料口
( m# O) g' Z; G! e9 P; G            内部结构2 I# B0 b$ f6 ^7 i
                        & K5 S0 F3 B7 f' [
            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。, ]9 q! m# L6 V" V' @# C
            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。
" q! @) O5 f/ a( y            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。
) C. f6 J0 J5 N7 }# M% z            苏拉威西发动机
# b6 A, N0 e3 M$ M2 C            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% O1 L2 ?/ c, m5 P- i! |- o9 x                        6 k# i: h1 R7 C
            流浪地球导演郭帆
# Y/ T- ~& C8 _6 H            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。
4 r$ O( v, G* G" }/ ~* h                        
8 O& n+ l  [4 H0 R+ t            通往点火闸的通道
, j% C/ t; V/ c$ V, I  H            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。8 Z8 N, e1 c6 r8 [% g/ ]& s1 b
            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. {) E4 N* m. V1 W* Y/ l5 E+ `
                        
: v, k7 {+ Y! o" U. C( [1 F+ l            反应堆点火闸- t, A1 L/ f' L8 C+ F$ W
            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。
6 f) ~! A) I% {) y9 Q( G0 ?! Y9 L                        
; D: P& K4 f4 p, J( e2 k3 J            重聚变反应堆
0 y: C* ?5 b7 {                        
7 q- g7 z4 g( X, p# W            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。
$ U1 k  o" U# D4 P6 t# d1 x                        0 F5 R  C0 u( z4 N+ j
            喷射口细节( g- d& J- @- T
            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。
4 w: [( F  p! E; W; n8 y3 Z4 K/ z            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。
  e% R3 ]: p3 E1 m! p0 }                        ; U7 {" y/ @0 z. s- |9 a: g  I
            百度上的截图
- ^: o0 ~0 G% Y6 j: {            四、行星发动机对地球产生的影响?, U8 g0 J* ]9 _# Q5 O8 B7 p
            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。
& e7 j* O( E7 ^4 y  _# t                        
" C8 g% h# A* c; B            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0 d* H; ]0 b# c9 _  H; I7 G
                        
) Y) p; k$ H* ?4 Y# m3 l. p5 o            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。' {7 |' l% V& v% ]& S- W% Q. Z
            五、现实中能否造出行星发动机?
2 E2 f. T6 r3 S                        
- [$ q6 l4 G; B- F8 Y7 d$ Y, x4 L            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。* S. N) d: B0 A: y! k
            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。4 f; `+ [: f/ b; d  S: M/ X
            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. C( F2 ]2 `4 S, `
            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。* P3 E; {: _7 R0 R9 D; X
            但科幻,不就是这样吗?9 n$ \" g% D: ?5 M5 P) M3 g7 b
            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?
% S: }% l+ ^! p" A6 t( n2 P/ [                        
! X  ?9 m5 v- ^) g* j            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
& U6 w. d* a  E, k8 o1 o' M            

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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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