《紅色星球》 追求嚴謹?shù)目苹糜捌?/h1>
2011-05-16 05:31:30賀鵬梓
太空探索 2011年7期
□ 賀鵬梓
國外的星際冒險電影已經(jīng)有近百年歷史，從最早的《從地球到月球》到最近的《太空堡壘卡拉狄加》。這些電影不但激勵了一代又一代年輕人走進航天事業(yè)，也為航天工程貢獻了很多奇思妙想。更重要的是，這些電影可以把很多科學探索的設想“可視化”，用來影響公眾和國家權力機構，為航天事業(yè)爭取社會關注和經(jīng)費。
鮑曼正設法搭救漂浮在太空里的蓋格勒
《紅色星球》是2010年，時代華納公司在重返月球、登陸火星的輿論背景下拍攝的。影片主題是傾向于實施載人火星探測的。需要指出的是，國外星際航行科幻電影的內(nèi)容雖然是在“杜撰”，但在有關航天飛行原理上卻非常嚴謹，技術細節(jié)絕不含糊。
旋轉的飛船
影片開始就是一個華麗的軌道組裝場面，空天飛機不停地把飛船組件從地球表面運到近地軌道，然后組裝起來，成為一艘巨大的飛船，到星際航行。在桁架結構的船體主軸外圍，有兩個巨大的輪型結構在不斷旋轉。這是個什么東西呢？
早在上世紀70年代，就有科學家設想了太空城計劃。太空中是失重環(huán)境，為了讓普通人也能移民太空城，必須在里面制造出人工重力來。有人設想過磁鐵鞋。不過這只能服務于人類，諸多的用品、家具和流體卻不能用這個方法來解決。
用離心作用來制造人工重力的方式得到了很多科學家的認同。如果太空城設計成一個環(huán)形管道，那么只要它繞軸心自轉起來，離心作用就把管道里的物體“壓”到管道外側的內(nèi)壁上，形成與地球上重力相同的效果。北京石景山游樂園中有一個叫做“瘋狂轉盤”的項目，就有類似的效果。當然，如果真的要制造這樣的環(huán)形太空城，其自傳速度要經(jīng)過精確的計算，使人工重力盡量接近地球上的真實重力。
《紅色星球》中的雙環(huán)正是這樣的人工重力生成設備。片中的航天員們在船內(nèi)行走自如，指令長鮑曼甚至可以和在地球上一樣淋浴——在失重環(huán)境中，水滴會四處飄散，根本沒法淋浴?？梢?，片中設想的是一種非常高端的重力生成技術。
那么為什么要設置雙環(huán)呢？單環(huán)不就可以模擬出重力了嗎？實際上，如果是單環(huán)，那么環(huán)形結構和中心桁架之間的旋轉支承結構必然存在摩擦力矩，使中心桁架結構也轉動起來。如果采用兩個環(huán)形結構反轉，就可以使兩個摩擦力矩抵消，使中心桁架保持穩(wěn)定。
影片中，飛船在接近火星時遭太陽風暴襲擊，動力喪失，雙輪不再旋轉，人工重力立刻喪失。不得不說，目前為止，任何其他國家的科幻影片都沒有在科學原理上達到如此嚴謹和縝密的程度。
有關設定
鮑曼撲滅火災后，獨自坐在滿目瘡痍的船艙中
鮑曼終于把蓋格勒乘坐的飛船拖回母船中
蓋格勒和佩廷格
影片開始，就設定了人類進行火星移民的原因——2000年前后地球環(huán)境污染嚴重化、2025年時已經(jīng)不可收拾，于是人類用了20年時間試圖改造火星大氣。具體手段是，向火星發(fā)射能產(chǎn)生氧氣的藍藻，試圖靠它們來改造火星大氣。然而，這些藍藻被火星上一種奇怪的蟲子大量吃掉了。這些蟲子一邊攝入藍藻，一邊放出氧氣，改造了火星大氣層。作為科幻電影，這種設定無可厚非。而且，是否可以用低等植物來改造一個星球的大氣，也是個有價值的話題。
不過影片中對火星環(huán)境的設定略有不合理之處：火星上的年平均溫度在零下79°C左右。幾位考察隊員雖然身穿航天服，但面部暴露在外。影片中設定，火星大氣已經(jīng)可供人類呼吸。不過在北方經(jīng)歷過冬天的人都知道，在如此低溫環(huán)境下，人的正常呼吸都會哈出“白氣”來。影片中卻沒有表現(xiàn)這個細節(jié)?？赡苁亲鳛橥饩暗氐陌拇罄麃啽容^炎熱的緣故?；蛟S，導演應該找個更寒冷的外景地，譬如冬天的戈壁灘。
關于氣囊緩沖的著陸器
影片中，考察隊乘坐一個被氣囊包裹的著陸器降落到火星表面。喜歡研究星際探索的朋友一定很熟悉這個葡萄串型的東西，美國的“機遇”、“勇氣”兩臺火星漫游車就是裝在這種氣囊里降落到火星表面的。我國設想的火星探測車，也采用了類似的著陸緩沖方式。這種方式無需精確控制著陸的地點和姿態(tài)，技術上比火箭更容易實現(xiàn)，成本也更低。不過影片中，著陸艙落在山頂，然后從懸崖上墜落，一個氣囊還被尖利的石塊戳破。這導致考察隊遭受嚴重沖擊，首席科學家錢德拉斯因此重傷身亡。這個情節(jié)背后的合理性，是火星上的重力加速度與地球相近，因此高空墜落同樣是很危險的。在后面的場景里，地質(zhì)力學家佩廷格謀殺副駕駛參天時，就是把他推下懸崖摔死。如果換成月球或者其他小星體，參天就不一定會摔死了。
在著陸器下降過程過程中，打開了兩個減速傘。筆者以為，此處似有不妥，火星大氣比較濃密。飛船要想順利著陸，必須先打開一個較小的減速傘，把速度降低到一定程度再打開主傘。直接打開主傘會導致撕裂。
電影海報，蓋格勒拖著已經(jīng)失去知覺的布亨納爾
電影海報，從左到右分別是蓋格勒、錢德拉斯和鮑曼
鮑曼正在與地球通信
蓋格勒終于脫險，但其他人都死在了火星上
關于戰(zhàn)斗機器人
為了便于在火星上導航，考察隊攜帶了一只從海軍陸戰(zhàn)隊借來的戰(zhàn)斗機器人AMEE。機械師蓋格勒為了向佩廷格炫耀AMEE的功能，把它從導航模式切換到了軍用模式，顯示了巨大威力。不過AMEE在著陸時因為撞擊，自己進入了軍用模式，結果釀成大禍。不但導致考察隊失去了強有力的工具，還直接導致生物學家布亨納爾重傷，最后身亡。
應該說，這是為了豐富劇情而特意設計出來的情節(jié)。首先，阿西莫夫機器人三定律的第一條就是，機器人不得傷害人類。而且，不會有任何航天機構會允許科考隊帶著這種有害無益、自找麻煩的功能去執(zhí)行任務。即使為了應對意外情況而需要讓機器人具備一定的戰(zhàn)斗能力，至少會讓它能夠識別敵我，不會不分青紅皂白地攻擊自己人。
火星著陸艙前的布亨納爾
然而需要指出的是，AMEE并不是完全存在于科幻中的。美國陸軍已經(jīng)在伊拉克和阿富汗使用兩種機器人，一種是名為“大狗”的徒步機器人，一種是履帶式戰(zhàn)斗機器人。很明顯，徒步戰(zhàn)斗機器人的出現(xiàn)也是情理之中的。相信隨著徒步機器人的技術不斷改進，其具備格斗、跳躍等功能只是個時間問題。至于機器人攜帶的微型無人直升飛機，早已經(jīng)是西方陸軍的標準裝備，很多偵察車輛上都有。到了影片所設定的21世紀中期，AMEE這樣的戰(zhàn)斗機器人，恐怕已經(jīng)是大路貨了。
關于太陽風暴
就在考察隊準備著陸的時候，爆發(fā)了太陽風暴，強烈的γ射線破壞了飛船的主電力系統(tǒng)和大量設備，導致了后續(xù)的大量事故和傷亡。
不得不說，這個情節(jié)是整個影片里最不符合科學原理的部分，完全是為了強化情節(jié)起伏而設置的。太陽風暴確實會對航天器造成重大影響，不過所有載人航天器在設計之時就考慮到了這些問題。國際科學界對太行風暴進行了長期研究，將其列入空間天氣預報的重要組成部分之一。任何航天任務的實施都要考慮盡量躲避太陽風暴。而先后在地球軌道上運行的禮炮號、和平號、國際空間站等長期空間站都考慮了抗輻射加固問題，如果一艘飛船會如此輕易地被太陽風暴重創(chuàng)，在方案評審階段就會被“槍斃”的。
當然，這也可能是主創(chuàng)人員打算向觀眾強調(diào)太陽風暴的威力和飛船抗輻射加固的必要性，為今后真正實施的火星飛船計劃爭取更多經(jīng)費。
關于軌道保持
在影片的最后階段，地球上的指揮人員認為著陸考察隊已經(jīng)沒有生還的希望，要求鮑曼立刻返回，而蓋格勒也要求鮑曼不要再為自己涉險。船上計算機也反復警告，飛船的燃料已經(jīng)非常不足，要求立刻實施返回程序。這是一個非常接近實際情況的細節(jié)?；鹦巧嫌兄喈敽竦拇髿鈱樱魏位鹦侵懫鞯捏w積、重量都不會太大，只能上升到距離火星表面不大的高度上。所以，母飛船必須保持在一個比較低的軌道位置，等待上升火箭。早年“阿波羅”探月期間，美國就采用了這樣的技術方案，“哥倫比亞”號軌道艙在環(huán)月軌道上等待，考察組乘”鷹“號著陸艙上部的返回艙起飛后，與“哥倫比亞”號對接，返回地面。月球上沒有大氣層，“哥倫比亞”號的飛行無需消耗燃料，但影片中的母船在近火星軌道上飛行，就必須不斷地消耗燃料以保持軌道高度，否則就掉進大氣層里燒毀了。然而，飛船要返回地球，還必須消耗一定數(shù)量的燃料脫離火星引力場。如果在軌道保持期間消耗了太多燃料，就無法返回了。因此，這個情節(jié)的設計是非常專業(yè)的。
關于滅火
錢德拉斯死后，余下的四人向預置火星站徒步前進
戰(zhàn)斗機器人AMEE
身穿火星航天服的蓋格勒和布亨納爾
飛船遭受太陽風暴襲擊后，因為器件受損而起火。鮑曼把登陸艙發(fā)射出去以后，孤身一人去處理嚴重受損的飛船。她先用手提滅火器滅火，但零重力條件下的火焰很難撲滅。這里可以看到，火焰是橫向噴射的。由于起火點過多，無法一一撲滅，于是她穿上全封閉的航天服，打開了飛船上一個通向宇宙空間的艙門，艙內(nèi)空氣頓時急劇傾瀉出去。沒有了氧氣，也就沒有了燃燒。飛船里的明火頓時消失了。這讓人想起神舟七號在軌飛行期間，翟志剛、劉伯明兩人打開了軌道艙艙門、正在準備出艙行走時，火災報警器忽然報警。翟志剛的第一反應就是“真空里哪來的火？”事后查明，是火災報警器被太陽光直射而導致虛警?？梢姡硕窃O備，才是太空冒險的第一安全要素。影片中鮑曼的滅火方式，或許是來自美國航宇局的某個在軌應急預案吧。
關于DIY精神
美國以科學技術立國，非常強調(diào)動手實踐的能力。很多美國人雖然學歷不高，但制造、操作、維修機器設備的能力極強，在世界各民族中名列前茅。因此，美國誕生了大量優(yōu)秀的工程設計產(chǎn)品，誕生了大到飛機、航空母艦、計算機、互聯(lián)網(wǎng)等大型系統(tǒng)，小到折疊工具鉗、IPOD等劃時代的產(chǎn)品。這也是美國這個超級大國的重要競爭力。
影片中，考察隊兩次使用前人留下的火星探測器脫險。其一是數(shù)年前發(fā)射的火星漫游車，隊員利用漫游車的無線電發(fā)射系統(tǒng)和自己的麥克風連接，實現(xiàn)了與母船的通話，獲得了重要的逃生信息。第二次是蓋格勒利用遺留在火星上的俄羅斯采樣飛船升空。但這條飛船已經(jīng)失去足夠電力，蓋格勒急中生智，和追殺來的AMEE機器人斗智斗勇，將其擊毀后取下電池，成功升空脫險。
美國電影中也經(jīng)常強調(diào)利用手邊器材，發(fā)揮人的智慧，制造出應急工具來脫離險境，而且每一個DIY情節(jié)都比較符合科學規(guī)律，具有很高的合理性。這種潛移默化的教育，是其他國家電影中很少看到的。
錢德拉斯
佩廷格
生物學家布亨納爾
身穿火星航天服的蓋格勒，可以看到航天服的細節(jié)制作非常精細
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有關設定
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關于軌道保持
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