5个方面解读《流浪地球》行星发动机：这能造出来吗？ ...

气生

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。
            这一期，半只猫会从以下方面全面解读“行星发动机”
            1、为什么要造行星发动机？
            2、发动机如何产生推力？
            3、发动机的参数和构造？
            4、对地球产生的影响？
            5、现实中能否造出行星发动机？
            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。
                        
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            一、为什么要造行星发动机？
                        
            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。
                        
            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。
            而行星发动机则是整个计划的关键所在。
                        
            星系示意图
            人类的自救之旅分为五步：
            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。
            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；
            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。
            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，
            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。
            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。
            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。
                        
            半人马座的三颗太阳
            这就是建造行星发动机的意义
            二、行星发动机如何产生推力？
                        
            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。
            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。
            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。
            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。
                        
            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。
            “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，
            “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。
            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。
                        
            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。
            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。
            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。
                        
            火石
            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。
            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。
                        
            火石机械臂
            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。
            三、行星发动机的参数和结构
                        
            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”
                        
            上帝的喷灯概念画
            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
                        
            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。
                        
            转向发动机
            外部结构
            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。
            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。
                        
            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。
                        
            7个支撑臂
            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。
                        
            最前面的就是堤坝
            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。
                        
            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
            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”。
            登“峰”靠巨型电梯，登“山”则必须坐车沿盘“山”公路上行。
            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。
                        
            进料口
            内部结构
                        
            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。
            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。
            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。
            苏拉威西发动机
            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。
                        
            流浪地球导演郭帆
            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。
                        
            通往点火闸的通道
            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。
            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
                        
            反应堆点火闸
            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。
                        
            重聚变反应堆
                        
            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。
                        
            喷射口细节
            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。
            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。
                        
            百度上的截图
            四、行星发动机对地球产生的影响？
            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。
                        
            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
                        
            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。
            五、现实中能否造出行星发动机？
                        
            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。
            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。
            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
            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。
            但科幻，不就是这样吗？
            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？
                        
            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
            

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