这些“科幻狂想”，让众多观众在电影院享受感官盛宴的同时，也忍不住展开热议：《流浪地球》中的这些航空航天技术，真的有一天能够实现吗？

就此话题，红星新文化记者采访了航空航天部门的青年科幻作家、科学家陈梓钧。

擅长创作航空航天题材科幻小说的陈梓钧，专业学术背景十分“硬核”：2011年考入清华大学航天航空学院钱学森力学班，2020年从清华大学航天航空学院工程力学系空气动力学专业毕业，获得空气动力学博士学位，现居成都，为航天航空科研从业者。

在陈梓钧的作品中，航空航天科技是最常见的元素，比如非虚构航天科普长文《超自动化时代的太空探索》，便展望了化学动力火箭之后航天的未来：自我复制机、动量转换器、太空铁道、光帆飞船、核动力火箭等等各种未来航天黑科技。

他的科幻小说创作，让国家天文台研究员邓李才博士评价为“来自真正的科学”，“那些禁锢在公式和数据里的美，被他释放出来，形成了一个又一个惊艳的科幻创意。”

在看过《流浪地球2》后，陈梓钧告诉红星新文化记者，他最大的惊叹同样来自于影片中的“太空电梯”：“我看了它的设计草图（由MORE VFX、黄天禹、王志坚、王元卓等人设计），三维建模的细节丰富而真实，令人震惊，堪比真正的航空航天工程概念设计阶段的方案，而且科学和工程上都显得很合理。”

陈梓钧说，还有“领航员太空站”“月球基地”“月壤3D打印”“太空自组织自适应机器人”等等，这一切技术其实都有现实原型，如果不是中国航空航天工业创造出了这些原型，我们看电影的时候一定会觉得出戏。所以作为航空航天部门的工作人员，也觉得“与有荣焉”。

太空电梯 理论上有可能 工程实现难度大

红星新文化：从专业角度来讲，《流浪地球2》中的“太空电梯”，真的有可能实现吗？

陈梓钧：理论上是有可能的，但工程实现难度极大。

最大的困难是电梯缆绳的材料强度要求太高了，只有碳纳米管具有满足这种强度要求的潜力，而这种物质现在只有实验室中能少量制造。

此外，还有很多工程上的难题：

譬如，当月球周期性掠过太空电梯上方时，不均匀的潮汐力会让电梯缆绳像一条海草那样舞蹈起来，如何避免这种跨度9万公里的海草舞？

电梯缆绳是一条长导体，切割地磁场，会产生电流，受到安培力，将电梯缆绳向侧面掰弯。而且在太阳风暴和地磁暴发生时，还会感应出足以烧毁设备的电涌，如何削弱这种电磁效应？

此外，太空中是没有空气的，没有对流散热。长达9万公里的电梯缆绳也不太能通过热传导将热量排向地面。三大散热途径中的两个都不能用，只能靠辐射散热。电梯缆绳该如何散去太阳光辐射、电梯轿厢摩擦产生的热量，避免过热烧熔？负责热管理设计的工程师们头都要秃了。

又譬如，电梯穿越地球范艾伦辐射带时，会受到格外高的辐射影响。目前，除了阿波罗登月外，各国的载人飞船都没有飞出这个辐射带。如何保证电梯上的设备安全和人员健康？这就轮到医生和保险推销员抓狂了。

还有，如果缆绳断裂，如何投入冗余？如何做故障重构？如何对饱经磨损的缆绳做日常保养和检修？如何处理诸如台风侵袭、电梯卡住、轿厢坠落或被太空垃圾撞伤这类的意外事件？如何设计紧急逃生方案……

这些技术问题都还亟待解决，所以说，从理论到工程是有巨大跨度的。

《流浪地球2》中的太空电梯

红星新文化：《流浪地球2》的电影情节里，是否考虑到了“太空电梯”的实现可能？

陈梓钧：在观看《流浪地球2》时，我惊喜地发现，剧组确实考虑了一部分工程实现问题：譬如，电梯基站的海底部分有着巨大的“阻尼器”，可以抑制电梯缆绳的晃动。这种装置在现在的超高层建筑中基本上是标配。

另外，阿瑟克拉克在《天堂的喷泉》中也考虑过一部分工程细节问题。但综合来看，太空电梯的工程难度仍然极为惊人，堪比让古埃及人去修建三峡大坝。但也有一些“简化”版本的替代方案，譬如“动量转换器”，又称“太空转轮”。

《流浪地球2》中的太空电梯

红星新文化：如果能有这样一个“太空电梯”，可以实现人们移民别的星球吗？

陈梓钧：当然可以。把货物运上去是需要耗费一些电能的，但我们也可以用另一边下行、坠向地球的货物“发电”，实现动能和势能的收支平衡。我们日常生活中常见的电梯也是类似的原理。在透明的观光电梯里，当电梯上升的时候，我们可以看到旁边有一叠水泥块在同步下降，那个就是配重。

真正的问题在于，为什么太空电梯可以实现“行星际移民”？

太阳系中其他星球的环境远远比地球要恶劣。移民去那里，还不如移民到南极，至少南极还有企鹅为伴，还有氧气可以呼吸。至于太空矿产，也没有稀罕到必须要派人去跑马圈地的地步。所以，归根到底，在把其它星球的环境改造到南极的水平之前，星际移民只有政治和科学上的象征意义，在经济上完全不可行。

但太空电梯可以极大缓解这一问题。它的真正意义，是人类首次实现了在太阳系各大行星间大批量（日吞吐量上亿吨的级别）地转运物质——把木卫二的水运到金星，在火星轨道上建造反射镜，等等。这类行为将极大改变其他星球的环境，“行星地球化改造”也会因此成为可能。

可能正是因为这种理由，《三体》中的汪淼才被三体人列为目标之一吧。

《流浪地球2》里的黑科技 不仅仅是幻想

红星新文化：《流浪地球1》《流浪地球2》中都提到了行星发动机的燃料火石，特别是在《流浪地球1》中，许多人为了运送火石而失去了宝贵的生命。我记得你之前在科普文章中也写到了飞行器的发射燃料，能否介绍一下航天发射需要多大的能量？

陈梓钧：一般意义上的航天发射，需要把地球表面的物质送到卡门线（高度100公里）之上，并令其达到第一宇宙速度（每秒7.9千米）。这个势能和动能并不大，也不需要“火石”所象征的重聚变核燃料。燃速比较高的常规化学燃料就可以实现，比如煤油和液氧（我国长征7号火箭的主要燃料）。

当然，如果未来出现了更高效的燃料，比如核裂变、核聚变火箭，甚至是核同质异能素火箭，那航天的门槛就会变得更低，去太空旅行也会变得更方便。

红星新文化：电影里讲到了一些关于影响地球自转的技术，比如地球自转刹车。这个技术在未来有可能实现吗？

陈梓钧：在可见的未来都不可能。另外，把地球自转消除，除了永久性消灭了台风外，似乎看不到什么明显的收益，但肯定会带来大量毁灭性的灾难。

红星新文化：电影里的无人机也让人印象深刻，现在的无人机技术是什么水平？未来可以达到电影里的水平吗？

陈梓钧：无人机类型繁多，功能不同，如何定义“水平”的标准也五花八门，这个展开讲的话就太多了。只能说，在很近的未来，我们应该就可以看到电影中的那种无人机与有人机的激烈对抗。

我在去年创作的小说《对抗样本》中就尝试探讨了这一图景：智能化无人机、元宇宙是如何影响一场近未来的战争的，这篇小说发表在《银河边缘》第12期。

在科幻领域 还有更多的“狂想”有望实现

红星新文化：你的科幻小说，时常将航空航天专业的学科知识融入其中。比如去年出版的科幻小说集《闪耀》里，一位天才航天工程师需要设计一个100天飞行八亿公里的航天方案，最后采用了用光作为动力驱动飞船飞向木星。这个飞行创意，听起来非常“科幻”，但却是你参与设计的切实可行的航天技术方案，还获得过首届“航天科工杯”飞行器设计大赛第一名。

陈梓钧：是的。这个方案是我在第一届“航天科工杯”参赛时提出的方案，主要是针对化学火箭进行采样返回任务的劣势（需要20多枚土星五号级别的超级火箭），通过光帆编队的方式，将所需运载火箭的重量大大降低，数量也减少到5枚以下。

该方案并非完全原创，而是从1984年休斯飞机公司的Robert L. Forward的光帆方案改良而来。Forward先生也是一位科幻作家，他的原版方案是：用地面上的激光阵列推进一面圆形的、超薄的“镜子”，光照在“镜子”上反射回来，会对镜子产生微小的推力，积少成多之后，就能驱动它达到很高的速度。

当然，到达目的地的时候必须减速。而目的地没有激光阵列，这该怎么办呢？

Forward提出在光帆上放置一种反射外圈，套在圆形的主帆之外，称为“次级帆”。在即将到达目的地的时候，它脱离主帆，将太阳光反射、聚焦到主帆之上，为它提供减速的光压动力。

但这个方案有个问题：理论上可行，工程实现极其困难。和“太空电梯”的困难类似。根据粗略计算，Forward的方案需要建造直径4km的“次级帆”，才能实现减速泊入环木星轨道的目标。这么大的帆，按现有技术，根本没法展开和维持姿态稳定。所以，我想到这样一个点子——就像是撕面巾纸一样，把一面大帆“撕”成数百面小帆，组成编队，每个小帆直径不超过100米，这样既解决了工程实现问题，又能产生和Forward方案同样的效果，甚至更灵活。

当然，那只是个概念方案，只具备概念上的可行性。里面很多数据推敲起来都有问题。但它确实是个比较新颖的概念，希望能像Robert L. Forward启发我一样，启发更多的未来者提出更有效的新方案。

红星新文化：还有哪些航天技术听起来是幻想，但确实是有可能发生的？

陈梓钧：科幻迷大都很熟悉“曲率驱动”，又称为“阿库别瑞引擎”，是人类目前唯一在理论上有希望实现的恒星际航行技术。当然，也是仅仅在理论上有可能。

另外，脉冲推进核火箭（阶梯计划）、核同质异能素引擎、反物质引擎、自我复制机等等，都是有可能实现的航天技术，但离我们都还比较遥远。

图片

撰文丨 毛渝川   编辑丨 段雪莹