5個方面解讀《流浪地球》行星發動機：這能造出來嗎？

采編：hyt15 來源：騰訊網發布時間：2023-01-24 09:21:17

無論你是否會去看《流浪地球2》的電影，半只貓都建議你了解一下行星發動機的概念，一定會讓你嘆為觀止。

【資料圖】

這一期，半只貓會從以下方面全面解讀“行星發動機”

1、為什么要造行星發動機？

2、發動機如何產生推力？

3、發動機的參數和構造？

4、對地球產生的影響？

5、現實中能否造出行星發動機？

主要參考了小說、電影、官方微博、電影制作手冊等官方資料，并盡可能整理、融合在一起。

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一、為什么要造行星發動機？

人類預測太陽將在數百年內發生氦閃，成為一顆紅巨星，地球在這個過程中將被太陽吞沒、氣化，不復存在。

因此，人類啟動了“流浪地球”計劃，花2500年時間前往4.22光年外半人馬座的比鄰星。

而行星發動機則是整個計劃的關鍵所在。

星系示意圖

人類的自救之旅分為五步：

第一階段【剎車時代】用50年的時間研發制造行星發動機，使發動機噴口固定在地球運行的反方向；2039年第一組行星發動機建成，2060年最后一組建成，2065年地球停止轉動。

第二階段【逃逸時代】全功率開動行星發動機，使地球加速到逃逸速度，飛出太陽系；

不過，行星發動機的推力沒有我們想象得那么強，它只能給地球很小的加速度，不能把地球一下子推出太陽軌道，在地球離開太陽之前，還要繞太陽轉15圈，慢慢加速，逃出太陽系。

第三階段【流浪時代Ⅰ(加速) 】地球在外太空繼續加速，飛向比鄰星；這個階段，地球脫離太陽系軌道，飛向目標，不間斷地加速500年，加速至光速的千分之五，這500年中，發動機將燒掉亞洲大陸上一半的山脈。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，

第四階段【流浪時代Ⅱ(減速) 】地球掉轉方向，用行星發動機開始長達500多年的減速；再用100多年的時間，泊入比鄰星的軌道。

第五階段【新太陽時代】地球成為目標恒星系新的行星，人類抵達新家園。

人們將看到半人馬座三顆金色的太陽在地平線上依次升起，萬物沐浴在它溫暖的光芒中。固態的空氣融化，變成碧藍的天空。兩千多年前的種子從解凍的土層中復蘇，大地重歸綠色。

半人馬座的三顆太陽

這就是建造行星發動機的意義

二、行星發動機如何產生推力？

發動機利用真空巖石重聚變技術作為動力源，通過氦三激發硅原子重聚變鏈式反應，從而獲得高能高壓的等離子流。這股等離子流沿著發動機噴口向指定方向噴射，通過反作用力推動地球前進。全功率運行時，一臺行星發動機平均每秒產生150萬億噸的推力。

這并不是發動機運作功率的極限，如果使用特定的催化材料和石料混合放入反應爐中，發動機可以產生200萬億噸的推力。

但是如果長時間這樣運作，發動機會因為散熱能力不足而發生故障。由于內壁散熱能力有限，發動機采取脈沖噴射的方式運作，通常的運作周期是每60秒進行一次全功率噴射，噴射持續10秒，間隔50秒以便散熱。

當然，這個噴射周期可以在發動機控制中心進行調整，比如，春節十二響，比如，七娃合一。

這里半只貓解釋一下什么是“重聚變”，首先把這個詞拆分開來。

“重”是指重元素，也就是元素周期表里原子序數比較大的元素。原子序數，就是原子核內質子的數量，越多也就越重。氫元素的原子序數是1，硅是14，鐵是26，

“聚變”是核反應的一種，在極高的溫度和壓力下，讓核外電子擺脫原子核的束縛，讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核，這個過程將產生巨大的能量。

1公斤的氫聚變為氦的過程，產生能量約等于150573.6噸TNT的當量。

但是即便如此，就算燒完地球上所有的氫元素也不足以支撐人類到達遙遠的比鄰星，所以才要燒地球上隨處可見的石頭，本質上就是石頭里硅元素的核聚變。

不過原子序數越大，條件也越苛刻，氫元素核聚變需要1000萬攝氏度，氦元素核聚變需要2億度，到硅元素至少需要10億度，甚至更高，太陽都達不到那么高的溫度。

那人類到底是如何實現重聚變的呢？現實里我們有生之年恐怕都很難見到，小說里壓根沒提，電影里則增加了“火石”的設定，使其成為行星發動機啟動的必要條件之一。發動機一旦停止運行，就需要安裝新的火石才能啟動。

火石

每個火石只能使用一次，可以瞬間產生百萬度的高溫，啟動重聚變鏈式反應，一步步實現重元素核聚變所需的苛刻條件。

火石本身就是個非常危險的東西，所以火石沒有就近存放在行星發動機附近，而是要千里迢迢地運過去。

火石機械臂

但火石可以被槍打壞，這個情節就讓人有些尷尬了，我們暫且理解為，是打壞火石的引信裝置吧。

三、行星發動機的參數和結構

行星發動機，也叫地球發動機，英文名Earth engine，人們也稱它們為“上帝的噴燈”

上帝的噴燈概念畫

行星發動機共有12000臺，分為推進發動機和轉向發動機兩大類。前者有10000臺，負責為地球提供前進的動力，安裝在北緯30° 以上的亞歐和美洲大陸各個平原上，因為只有這兩個大陸完整堅實的板塊結構，才能承受發動機對地球巨大的推力

轉向發動機有2000臺，安裝在赤道上，不直接推動地球，作用是停止地球自轉，保持地球運行軌道的穩定，通常以較低功率運行，當地球需要改變方向時，則會根據需求大功率開啟其中一部分。

轉向發動機

外部結構

行星發動機依山而建，高度從8公里到11公里不等，成矩陣放置。

為了讓發動機啟動時不會下陷，底部用最新的復合材料制作了直徑超過100公里的支撐面，以降低對地表壓強，中間有7個支撐臂。

正下方建造了地下城，人類利用發動機產生的能量在地下生存。

7個支撐臂

發動機最外圍是平均高度600米、厚度300米左右的高大防洪堤，為發動機運載燃料的運載車就停靠在這里。

最前面的就是堤壩

地下城的電梯出口也在防洪堤頂端。防洪堤與發動機外部的冰原和發動機主體結構以橋梁相互連接。

推進發動機有3000臺大型發動機，直徑33公里左右，7000臺小型發動機，直徑10公里左右。轉向發動機的規模和建制與大型推進發動機相當

人們稱呼大的叫“山”，小叫“峰”。比如小說里稱呼一臺發動機叫：“華北794號山”。

登“峰”靠巨型電梯，登“山”則必須坐車沿盤“山”公路上行。

大型發動機的進料口在6000米~7000米處，運載車會把石頭運到這里喂給發動機，作為燃料。

進料口

內部結構

以電影里赤道上的蘇拉威西發動機為例，我們具體介紹一下發動機的構造。

發動機指揮中心在距離發動機外壁3公里處，有直達地下城的主電梯以及備用電梯。

指揮中心上層設施包括：中樞電腦和電路室，是主要的程序控制區域，李一一和老何在這里破解發動機的程序。指揮中心下層，是控制發動機噴射口的聯動裝置，也就是王磊隊長等人推動“撞針”的地方。

蘇拉威西發動機

這里說個題外話，其實制作團隊自己都覺得撞針需要手動操作不太合理，但劇情上，需要一個眾人拾柴火焰高的場景，于是就有了一群人“推針”的情節。

流浪地球導演郭帆

圍繞發動機主體，有幾百米高的高速路橋梁，劉啟開著運載車從這里進入發動機內部——發動機點火核心。

通往點火閘的通道

發動機點火核心的室內溫度可達120度，必須穿冷卻服才能進入。

一直往中心位置走，有一條車行通道可以到達反應堆點火閘，也就是男主角安放火石的地方

反應堆點火閘

點火閘往上延伸的就是行星發動機的主體，重聚變反應堆，發動機的核心裝置，石料發生反應產生能源的區域。

重聚變反應堆

再往上，就是等離子噴射口，發動機的噴射方向可以在指揮中心進行調整，調整角度的極限是15度。

噴射口細節

每個發動機的噴口不止一個，而是由上百個噴口組成陣列。這是為了讓噴射的能量更加均勻而不是集中在一個點上。但是電影中李一一為什么說是7個發射口呢，你可以理解為七組噴口，每組有14個小噴射口。

PS，百度百科里有一段關于行星發動機內部結構的描述，但我沒有找到官方出處。這段描述最大的問題就是，1億度還不足以發生硅元素聚變。

百度上的截圖

四、行星發動機對地球產生的影響？

行星發動機的等離子光柱把整個北半球照得通明。并且帶來酷熱，周圍戶外氣溫高達七八十攝氏度，必須穿冷卻服才能外出，在這樣的氣溫下常常會有暴雨。

行星發動機加速造成的潮汐，吞沒了北半球三分之二的大城市，發動機帶來的全球高溫融化了極地冰川，更給這大洪水推波助瀾，波及到南半球。加速產生的百米巨浪轟鳴著滾上每個大陸，灼熱的颶風夾著滾燙的水沫，在林立的頂天立地的等離子光柱間瘋狂呼嘯，拔起了陸地上所有的大樹

另外，由于行星發動機產生的加速度及運行軌道的改變，地核中鐵鎳核心的平衡被擾動，其影響穿過古騰堡不連續面，波及地幔。各個大陸地熱逸出，火山橫行，這對于人類的地下城市是致命的威脅，巖漿滲入災難頻繁發生。

五、現實中能否造出行星發動機？

有網友曾經估算過，如果要造出電影里北京三號發動機，光是框架結構總重量就達到了1400多萬億噸，按每噸4000元的價格，就超過了500億億元。

而根據2021年世界鋼協的數據，全球粗鋼產量也只有19.51億噸，連造行星發動機的一條支撐臂都遠遠不夠。

更不用提“重聚變反應堆”了，我們現在連最輕的元素聚變技術，都還存在著許多問題。重元素聚變，那可能是幾輩子以后事了