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带着地球去流浪 “领航员”建设难度不一般

2019-02-18 15:52来源:科普中国-军事科技前沿

  【《流浪地球》中的“硬核”军事科技】

  编者按:

  行星发动机、重元素核聚变、单兵机械骨骼、加特林机枪……近日,正在热映中的国产科幻电影《流浪地球》不仅让科幻圈为之疯狂,也在军迷圈掀起波澜。即日起,《科普中国-军事科技前沿》推出系列作品,解读《流浪地球》中的“硬核”军事科技,欢迎关注。

  大年初一,中国国产科幻片《流浪地球》上映,并获得了观众的广泛好评。而作为中国的首部大制作科幻片,其中有大量的“硬科幻”成分,尤其是剧中的“领航员”国际空间站,就是非常符合科学设计的一个空间站。那么,从现代科学角度上,“领航员”国际空间站建设起来难度有多大,又利用了什么技术呢?

带着地球去流浪 “领航员”建设难度不一般

流浪地球宣传海报

  建设“领航员”国际空间站有多难

  在电影里,我们可以知道“领航员”国际空间站有30万吨燃料,而“领航员”空间站的整体重量肯定是这个数字的几倍高。而在现实里,人类目前最大的空间站——位于近地轨道的ISS国际空间站的质量只有数百吨。

  在电影中有一组镜头明确指出了领航员国际空间站是使用运载火箭进行建造的,鉴于火箭壳体不可能无限大,我们也不可能一下子造一个超级火箭把整个空间站送上天。一个合理的解决方案是——在地面制造舱段,然后进行轨道对接。

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图为剧中的领航员国际空间站

  现代的国际空间站是使用了大约20吨的小型舱段作为结构。假设说未来技术有所发展,可以使用近地运载能力达到百吨级的火箭,那也需要数千甚至上万枚火箭才能建造出片中如此庞大的空间站。

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现阶段最大的国际空间站和“领航员”相比只能算是个小玩具

  而从造价角度讲,现代百吨级运载火箭可达数亿美元。就算未来使用了可复用技术,价格也不会低于数千万美元。如此算来,即使不计算“领航员”空间站本身的造价,仅仅把他送上轨道的费用就高达数千亿至数万亿。

  除此之外, 如此巨大的轨道结构还要涉及到受力强度问题。在电影最后,空间站进入“前进三”状态时,其整体受到极高的加速度,如果结构强度不够,整个飞船就会“折断”或者“碎裂”,这就涉及到了更高的材料技术和工程设计技术。

  为什么在太空还有重力?

  在剧中,航天员可以直接站立在舱室中,而不是我们平时在电视中总是看到的漂浮在空中。

  没错,这正是一种人工重力技术,而且是基于当前技术的人工重力技术。

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可以看到空间站有明显的环状结构

  在吴京饰演的航天员刘培强进行岗位交接的时候,很明确的指出,需要进行“检测离心重力控制器状态”。如果你仔细看的话,会发现电影中的空间站有一个环状的生活舱并且在不断地进行旋转。而在旋转的过程中,离心力就会将物体“压在”舱体的内壁上。

  这种技术在目前就有大量的应用,一个简单的例子就是使用离心力,将不同密度的物质进行分离的离心机。

  影片中的生活舱旋转速度并不是很快,很难达到1g的标准重力。所以在环状舱室内部的航天员生活可能不太像是在地球,而是更像在月球——身体非常轻盈,物体下落速度很慢。

  之所以要产生重力,一方面是顾及航天员的日常生活,另一方面则是为了健康考虑。

  在太空环境中,人体骨骼基本无需承担人体质量,而在移动物体的时候,肌肉的负担也不会很大。正所谓用进废退,骨骼密度会随着航天员在无重力环境下增加的时间而逐渐降低,产生骨质疏松症,而肌肉也会开始萎缩。

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太空中健身的航天员

  在现代的ISS国际空间站中,就有这样的一台机器用来作为航天员的日常锻炼使用,而这样的锻炼虽然对于防止肌肉萎缩十分有效,但对于制止骨质疏松就意义不大了。现代航天员在超长时间的太空生活之后,在地面生活经常会需要“重新学习走路”,然后在地球重力环境中花费极长的时间恢复骨骼密度。

  所以,在长途太空旅行中,必须采取离心重力的方式避免航天员的骨质疏松。很多科幻作品也采取了这样的设定,包括《星际穿越》和《火星救援》中的飞船。

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《星际穿越》的环状结构

  总的来说,流浪地球中关于太空的许多设定是非常的科学的。也确实是中国科幻电影的一个好典范,希望未来我们能看到更多的,更好的中国科幻电影。中国科幻,加油!

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  离心重力:通过环状太空舱自旋,对其内壁施加离心力来模仿地球重力的模式,能够维持宇航员健康。

  出品:科普中国

  作者:矛隼工作室

  策划:赵清建

  监制:光明网科普事业部

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现代的国际空间站是使用了大约20吨的小型舱段作为结构。假设说未来技术有所发展,可以使用近地运载能力达到百吨级的火箭,那也需要数千甚至上万枚火箭才能建造出片中如此庞大的空间站。

[责编:赵清建]

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