航天题材是科幻影片傍边一个主要门类。有些片子就是讲航天的，还有一些作品是发生在宇宙配景中，想象人类进入宇航时代之后的社会生活与爱恨情仇。在这里，让我们来谈谈科幻影视傍边是若何均衡科学手艺与剧情需求的。

首先谈谈宇宙飞船的构造。这是诸多科幻片子傍边，最轻易天马行空的处所。载人航天成长之初显现的科幻作品，往往用船舶概念来设计宇宙飞船。茫茫大海和茫茫宇宙，看起来似乎有好多相似的处所。当然，宇宙航行器和海船究竟大有分歧，所以导演和道具师有了好多施展的空间，引入了好多喷气式飞机的元素。

好比《星际迷航》里的联邦星舰，就是一种豪华游轮、飞碟、喷气式飞机的夹杂体。而《星球大战》里的歼星舰，根基上就是按水师炮舰设计的。其实其时美国和苏联都已经研制了本身的载人飞船。不外，无论是东方号、联盟号、双子星座号，甚至是阿波罗飞船，体积都太小了，很难施展原作者和导演们的艺术脑筋。于是乎，在谁人时代的科幻片子傍边，宇宙飞船就成了一种拥有广大舰桥和复杂舱室的器材，舰员们似乎也不消考虑失重的问题。

进入20世纪80年月之后，载人航天手艺进一步成长成熟。苏联的空间站已经实现了历久在轨航行。美国的航天飞机则代表了此外一个手艺派别。而导演们也起头回来实际，他们知道，那种风格恢宏的宇宙飞船，短期内是造不出来的；而人工重力也不是什么奇幻的手艺，用如今的科学道理就能注释。

所以，我们在80年月今后的科幻片子中，看到了更多用圆柱形舱段组成的飞船，人工重力靠飞船的自旋来实现。这些飞船有个对照大的特点，就是拥有对照大的环形构造，环形扭转起来，离心感化就能在舱室内形成重力。描画火星探险的片子《红色星球》就施展了这一点。

有些飞船被设计成单环构造，也有一些飞船设计成双环构造，两个环用相反的偏向扭转，就可以抵消各自造成的扭矩，看起来是真正进行了工程设计思虑。

当然，环形飞船如许的设计完全离开了地球上飞机或许船舶的舱室设置，因为无论是飞机照样船只，驾驶舱都是放在正面视野最好的位置，若是采用环形的人造重力飞船，那么驾驶舱或许主控室都要放在环上。或许到谁人时候，人类就需要培育一批完全新概念的飞船驾驶员了。

我们都知道，航天成长，动力先行。

在科幻影视中，有些影片会严厉遵守轨道动力学与航天器设计的根基道理，好比有名的太空灾难片《地心引力》，个中绝大部门情节是严厉相符目前人类载人航天手艺的，只有很少的处所做了艺术施展。作家和导演没有无故发现任何一种如今还不存在的动力，系统老忠实实地接管了运载火箭固体动员机、肼推力器之类的设置。女主角在返回地球的过程傍边，先使用航天服上的肼推力器，从航天飞机失事的轨道，远程灵活到了国际空间站轨道，然后又操作国际空间站上的俄罗斯飞船，前去中国空间站，最后乘坐神舟飞船返回了地面。在整个过程傍边，没有什么发现缔造。问题是，这几种动员机在实际轨道航行傍边，是做不出来大速度增量灵活的。

其他的科幻片子相对来说脑洞就要大一些了，在几乎所有的片子中，导演都邑设想各类大推力离子动员机，完全超越了目前人类的科技水平。它们不只能让航行器内行星大气层内自由航行，甚至可以鞭策一艘完整的飞船从行星上起飞，进入宇宙空间，然后进入星际航行轨道。航天工程师们多年来一向在妄想着，有如许的一种动员机能够投入使用，然而到今朝为止还不曾实现。

同样的设想显现在科幻片子《星际观光》中。装满了星际移民的飞船，在航行过程中因为遭到陨石的袭击，离子动员机的掌握系统显现了故障，所以电脑叫醒了男主角，男主角又叫醒了女主角，两小我一路修好了掌握系统，让飞船在经由了90多年的航行之后抵达了目的地。

大推力离子动员机，今朝固然还没有实现，但不算太离谱。所以在《飘泊地球》傍边，作者设想用离子动员机把地球酿成一艘飞船，推向比邻星。这是迄今为止所有科幻片子傍边，对于离子动员机设想最远大的一个，要环绕着地球赤道及其朝阳面，设置12000台像火山一般的离子动员机。

上面说的这些宇航动力系统照样对照实际的。在可预见的未来，经由手艺研发，有或者把它们酿成实际。稀奇是空间核动力已经进入对照高级的研发阶段，美国宇航局和国防高级研究规划局都已经在投资斥地热核动力火箭，而中国科学院研制的液体金属冷却空间回响堆也已经进入了样机阶段。

然则，此外一些空间动力的科幻想象就有些离谱了。

距离真实科学与工程最远的，或者是迄今为止最成功的航天科幻片子，也就是《星球大战》系列。《星球大战》傍边，最值得一看的就是双方在宇宙里进行激烈空战的场景。抵制军一方的X翼战机和帝国一方的钛战机环绕着分歧的星球，或许是死星如许的超等空间基地，进行着殊死格斗。两种宇宙航行器辗转腾挪、左冲右突，似乎完全不把轨道动力学的概念放在眼里。实际上，《星球大战》傍边的宇宙战机空战完满是按照地球上近距离空中肉搏的模式来设计的。若是真的有两种航天器在宇宙里如斯肉搏，那么动力系统必需极其壮大，可以随心所欲地供应各个偏向上的速度增量。按照人类今朝可以想象出来的推力器，宇宙航行器毫不或者有那么快，更弗成能身轻如燕地四处躲闪。然而，这并不影响人们对《星球大战》的喜爱。

此外一个轻易被科幻影视作品拿来作为题材，却没有法子在今天的航天科学手艺傍边找到对应的动力系统，就是超光速动员机，也叫做曲率动员机。它最早显现在《星际迷航》傍边，因为有了这种超光速的动员机，所以飞船和主角们能够在分歧的时空和分歧的世界之间穿梭，组成了复杂的故事线。若是把《星际迷航》所有的版本都看一遍就会发现，是统一批正派和反派在分歧的时空和分歧的星球上频频争斗，要想把所有的故事线梳理清楚，是件非常伤脑子脑壳的事情。或许恰是因为太复杂了，《星际迷航》固然从来就没有可以像《星球大战》那样带来宏大票房和文创市场，却一向吸引着一群铁粉并络续推出新版。

超光速航行的理念，其灵感首要是从虫洞理论傍边得来的。到今朝为止，人类还没有发现一个真正的虫洞，所以曲率动员机这种器材也就只能停留在科幻傍边了。然则也有一些科幻作家在推想：人类的文明是不是走了一条弯路呢？我们是不是错过了什么轻便易行的体式来实施超光速航行？美国有一篇科幻小说叫做《异星邪路》，它并没有被拍摄成片子作品。小说中设想了一个文明成长水平很低的外星种族，还停留在冷火器和热火器过渡的谁人时期，可是这个种族误打误撞，冲破了超光速动员机的研制手艺。他们带着宏大的军团、坐着简陋的飞船来到地球，被厉兵秣马的美国戎行打了一个三军覆没。美国科学家们在考查后大惊失色说，如许简洁的超光速动员机，地球工资啥没发现呢？

也有一些作品，把形而上学的器材和科学连系在一路了。《无垠的太空》中，设想了一种来自地外文明的细菌，这个地外文明其实想用这种体式来向地球传递新闻，敷陈地球上的人类，还有好多类地行星能够栖身。然则人一旦传染了这种细菌，就会酿成怪物。更形而上学的事情是，个中一个女性脚色传染细菌后，络续生长，最后把一颗小行星完全包裹在内。然后这颗小行星就能够违反轨道动力学的道理，在公转轨道上自由地加快减速。这就完全清扫了我们对它进行手艺商议的需要性。

《独行月球》上非常主要的一个情节，就是独孤月带着大红袋鼠，在月球飙车，也就是迎着晨昏线进步，确保本身一向处在月昼之中。这个情节有合理的处所，也有演绎的内容。月球赤道位置的自转速度是16.7千米每小时，若是在纬度略高一些的处所，速度还能够更低一些。那么看上去，轮式车辆是有或者超越月球自转速度，连结在阳光照射之下的。这也仅仅是理论，人类对月球外观路况的认识依然是严重不足的。

  插播一则告白 

中国空间站3D文具盒

月球上没有公路系统，看起来平展的月面，笼盖着分歧厚度的月壤。薄的处所只有几厘米，厚的处所有好几米。月球上没有植物也没有地表水，月壤就那样松散地聚积着，不会像地球上的冲积平原那样坚韧，没有人知道，月球车一旦开上去，是会安然经由，照样陷进去动弹不得？月球上还遍布着大巨细小的石头，并没有养路班把它们拖到一边去。我们在这里还没有商议沟壑、陨石坑一类障碍。最麻烦的是永远暗影区，今朝还不知道里面的路况是什么样，贸然把车开进去，只怕会有些麻烦。

在2015年的美国大片《火星救援》中，同样显现了一个飙车场景。男主角同样被丢在了火星上，不外他在一个有大气层的星球里，夜间低温的情形没有月球那么恐怖。并且男主角还拥有核动力暖气——一个同位素电源。他把这个同位素电源用防辐射材料包裹起来之后，放在本身的火星车驾驶舱里，远程跋涉3200千米。这两个场景也解说，往后人类无论是斥地月球照样斥地火星，在外星球上飙车，都是一个刚性需求。哪怕不是为了逃生，仅仅是为了正常的科学考查和资源斥地，远程行车都是免不了的。人员栖身的营地需要放在地势平展、地质构造不乱、接近水源的处所。但矿产或者处在此外一个位置，必需用车辆把开采出来的矿石运走。冶炼厂同样不克放在营地四周，不然轻易出危险。到了冶炼矿产的阶段，无论是月球照样火星，就不克仅仅依靠太阳能来驱动工场了，大功率的核电站或者必需提上议事日程。核电站必需放在远离营地、矿场和工场的处所，省得辐射造成风险。月球上氦3普遍分布在月壤里，它的开采更是一刻也离不开车辆。

正所谓“道路万万条，平安第一条”，怎么才能包管外星飙车的平安，是科幻片子尚且没有深入商议的。《星球大战》及其续集《曼达洛人》回避了这个问题，把星球地面交通都交给了反重力飞船。这似乎离人类太远了一点。在实际中，人们需要对外星球做充裕的勘查测绘，才能考虑行车。此外，美国宇航局正在考虑在月球和火星轨道上竖立雷同于GPS的卫星导航系统，如许就有进展实现主动驾驶。无论是独孤月照样马克，都能够把行车的事情交给电脑，不消打着哈欠在偏向盘前苦守了。

多数科幻影视都不商议具体的制导导航掌握体式。在这些影片中，默认的设定就是，人类已经正确知道每一个天体的位置，想去哪里，直接把坐标输入就能够了，就像在地球上用导航仪开车一般。在一些影片中，会显现航行半途切换目的地的情节。驾驶舱里的人们也只是在电脑上指指戳戳，就把一件如斯复杂的事情搞定了。

比来一些年，也有些科幻片子把裸眼3D投影手艺引入了场景，把星际导航酿成了体感游戏式的把持。脚色们在虚空之中，把3D显露的轨道拨来拨去，用起来很轻易的模样。往后在工程实践上，会不会真的接纳这种导航掌握体式，也很难说。

然而，《异形》系列的《普罗米修斯》做了一些硬核测验。在影片结尾，外星工程师据说有个处所叫地球，适合本身的种族生存，就马上大开杀戒，打死了在场的地球人，然后马上启动飞船导航系统。这是迄今为止，所有科幻片子中最具有创意的导航系统。外星工程师在按动电钮，掌握台上跳出了一个天球，里面用3D显露了宇宙里的各个星系和星球。他用一个千里镜式的器材，在天球里找到地球，锁定之后，就启动飞船。然后导航系统本身较量轨道方案，要去搞大残杀了。

科幻影片之所以对制导导航掌握如许轻忽，首要是这个方面的情节并不是很轻易出彩。多数工作都在较量机内部，依靠死板的公式和数据来主动完成，既不克施展主角的神勇，也很难感动人心。所以，《普罗米修斯》傍边的场景设计，算是非常有创意了。

《机械人总带动》里有欢畅的食物，也对制导导航掌握做了一番欢畅的描述。当新任舰长决意带所有人返回地球、重建家园的时候，机械人助手竟然跳出来否决，说按照本身的法式设定，不克返回地球。舰长和机械人做了一番格斗，才拿回了飞船的掌握权。

战争是航天科幻作品傍边无法回避的一个主题，飞船之间的激烈斗争，比其他类型的情节都更轻易吸引观众，制造惊动性的票房。

在太空里人类该用什么器材来接触呢？或许所有人都能够脱口而出，当然是用激光。

其实激光也不是那么轻易用的器材，今朝即使在地球上，想用激光来击毁什么对方的方针也并不是很轻易。美国水师方才装备的舰载激光器，即使用舰艇的壮大供电能力，只能在几千米的距离上击毁小艇、无人机之类的小器材，要想击落对方的导弹甚至于冲击军舰，还只是一个妄想而已。

在宇宙空间，固然光不会受到大气衰减之类身分的困扰，然则航天器和航天器之间的距离要远远跨越地面上的疆场，相距几千千米甚至于上万千米，都不是什么新颖事。激光在这么远的距离上，也会发生弗成轻忽的散射，射中点光斑上的能量会受到严重减弱，很难起到杀伤感化。

然则这并不克够阻止导演们放置宇宙战舰用激光互相射来射去。稀奇是在片子《星球大战》傍边，激光炮打出来的光线并不是一段射线，而是曳光弹那样一段一段的。击中之后也不是像激光那样会烧出一个洞来，而是像被炮弹打中那样就地就爆炸了。

航天科幻影片中最具有特色、也最错误理的兵器就是激光剑，完全违反了激光的根基特征。激光是一种射线，当它发射出来今后，若是没有被什么器材盖住，就会射向无限远的处所。可是影片中的激光剑，却可以形成一个一米多长的光柱，就像喷出来的火焰一般。固然从《星球大战》上映的第一天起头，物理学家和光学工程师们就发现了这个中的错误理性，然则谁也没有为此求全《星球大战》这部片子，因为它给人们带来的视觉享受实在是太稀奇了。也恰是因为如斯，激光剑这么一个错误理的设定，从上世纪70年月陆续到2022年的今天，持续在最新的剧集《曼达洛人》傍边切来砍去。

在太空战争类型的片子中，导弹也是常见的火器。然则多数影片没有对太空导弹做具体的设计，《无垠的太空》中，太空导弹和地球上的导弹一般是颀长圆柱体。其实在没有空气的太空里，导弹更应该设计成反导阻挡器的模样。更早的《第五元素》里，索性就抛却了对导弹的描画，简化成显露器上的光电而已。

在诸多航天科幻中，非常吸惹人饮茶，却又距离实际物理学很远的一种设置，就是时间观光。因为宇宙的标准很大，所以一旦实现了超光速航行，人类是有或者进行时空穿梭的。然而这是一种还没实现的或者性。

《星际迷航》或者是第一个大规模引入时空观光的。这或许比超能力加倍接近科学。时空观光是凭据所谓虫洞理论提出的，这个概念认为，宇宙中或者存在保持两个分歧时空的狭小地道。虫洞理论在1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出。1930年，爱因斯坦在研究引力场方程时接管了这种假设。固然科学家们今朝还没有找到任何真的虫洞，但爱因斯坦的背书，让一多量影视作品义正辞严地商议起时空观光来。这比宇宙间的遥远距离更让人迷惑：在分歧的时间傍边穿梭，人类的现有逻辑体式不就全乱套了吗?当然，这也给了剧作家和导演们施展想象力的更大空间。

《星际穿越》同样讲述了一个时空穿梭的故事。这部片子所商议的还不光仅是超光速航行，还商议了分歧引力场之下的时间扭曲问题。这为人们展示了一种或者性：只有经由宇宙航行，才能充裕懂得相对论，揭示时间和空间的素质。不外这种类型的片子往往对照烧脑，除了专业物理学的研究者，其他人就算是对时空问题有所研究，也要在观影之后，坐下来较量研究一番，才能懂得剧情转变。是以，这类片子往往是叫好不叫座，只能靠长尾效应来博得票房收入。

人是肉体凡胎，哪怕进入了太空，思惟超越了光速，该吃饭还得吃饭。多数科幻影片把吃饭问题一带而过，或许是因为太空生活不易，没前提太讲究美食吧。在多数影片中，若是放置吃饭情节，脚色们都是端着一个多格餐盘，里面装着各类分歧颜色的糊糊。对照有创意的，是新版《星际迷航》的剧集版，为舰长放置了一份奇异的沙拉，里面不只有蔬菜，还有莫名的外星生物触角。

然则有两部片子，却认卖力真商议了太空食物的有无问题。一部是有名的《火星救援》。它的情节和《独行月球》有点像，都是团队紧要撤离过程中，丢了一小我在外星上。区别在于，《火星救援》里的马克发现粮食不敷吃，因为他的考查队只有几小我，留下的粮食只够吃一个月的，所以他设法制造了水和肥料，在火星上种了不少土豆。中国的作者和导演或者是无法忍耐一向吃土豆的生活，于是给《独行月球》里的独孤月留下了100多人能够吃好多年的食物。

当然，人类要想在太空里历久生存，最终照样要吃些正常的食物。这些食物必需在太空农场里莳植出来，才够新颖。在《星际穿越》的结尾，人类逃离了情况失控的地球，在太空里竖立了居民点，它也采用人工重力的道理，用一个伟大的滚桶形成了室外桃源，农田就贴着滚桶的内部竖立起来了。

当然，并不是所有的航天科幻，都逼着航天员去吃死板或许奇异的食物。在《机械人总带动》傍边，因为地球上的情况污染严重，人类被迫造了一艘伟大的飞船，全体逃亡太空，等着地球自洁。这一等就是好几百年。人类在度假飞船里享受着机械人的奉养，衣食无忧，脑满肠肥，从船主到居民，都是一副胖墩墩的模样。这或者是各类太空科幻片子中，吃饭最欢畅的一部了吧。

文/松堂

本文转载自公家号：中国航天科普

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