科幻電影中的宇宙飛船設(shè)計(jì)

程 昱 馮志剛 章人之

宇宙對(duì)于人類來說一直是神秘未知的，而未知也正是科幻的魅力所在。因?yàn)槲粗?，我們可以自由地暢想將乘坐怎樣的交通工具去探索、冒險(xiǎn)、戰(zhàn)斗和發(fā)掘。一百多年歷史的科幻電影中，出現(xiàn)了無數(shù)充滿奇思妙想的宇宙飛船設(shè)計(jì)。每一艘飛船都承載著設(shè)計(jì)師獨(dú)一無二的冒險(xiǎn)精神與浪漫情懷。

1902年，在喬治·梅里愛（圖1）的腦中，把人裝到一個(gè)巨大的炮彈里一炮轟到月球上去是合乎情理的。在那個(gè)時(shí)候，梅里愛使用手工制作的模型和富有創(chuàng)意的拍攝手法制造出科幻色彩的影像。

圖1 喬治·梅里愛

德國(guó)導(dǎo)演弗里茨·朗在1929年的《月里嫦娥》中設(shè)計(jì)了飛船“弗里德”號(hào)。 “弗里德”號(hào)的超前預(yù)見性在于它使用了三級(jí)推進(jìn)模式發(fā)射，片中對(duì)于火箭發(fā)射的細(xì)節(jié)刻畫也啟發(fā)了后世的科學(xué)家。

在發(fā)端后近半個(gè)世紀(jì)，科幻片才在20世紀(jì)50年代躋身好萊塢主流電影類型之一?？苹闷械挠钪骘w船造型也變得更加豐富多樣。

1951年的《地球停轉(zhuǎn)之日》（圖2）中，我們看到了最原始也最經(jīng)典的飛船造型，它像一個(gè)碟子，最純粹的碟子，沒有多余的零件設(shè)計(jì)，外表好像很光滑，有著裝飾派藝術(shù)的簡(jiǎn)單風(fēng)格。設(shè)計(jì)師為了使飛船放下階梯的畫面看起來更加順暢自然，在船體與階梯的交合部分加入了大量的潤(rùn)滑劑，想要營(yíng)造一種“無縫連接”的未來感。

圖2 電影《地球停轉(zhuǎn)之日》

那時(shí)常常出現(xiàn)的造型還有1977年《黑星》中尖頭滑翔翼一般的飛船。 “黑星”號(hào)的設(shè)計(jì)師羅恩·科布不僅是一名漫畫家，還是NASA的官方美術(shù)設(shè)計(jì)師。

電影《2001 太空漫游》（圖3）中的“發(fā)現(xiàn)”一號(hào)是第一個(gè)給人們留下深刻印象的宇宙飛船。它的實(shí)體模型長(zhǎng)達(dá)16.46米（54英尺），為了滿足長(zhǎng)鏡頭的拍攝需要，制作組還做了一個(gè)稍小的4.572米（15英尺）模型。飛船內(nèi)部有一臺(tái)用于產(chǎn)生人工重力的巨型離心機(jī)，這臺(tái)機(jī)器有30噸重，由第一次世界大戰(zhàn)時(shí)期的大型軍火、船舶與飛機(jī)制造商Vickers -Armstrongs Limited建造，耗資75萬美元。影片后半部中，宇航員乘著這艘龐大的飛船飛向木星。飛船內(nèi)部的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在看來依舊令人驚嘆。庫布里克對(duì)于逼真感的要求使飛船設(shè)計(jì)的工藝達(dá)到了對(duì)于細(xì)節(jié)極其考究的程度，將過去單薄平面化、執(zhí)著于金屬感的外形設(shè)計(jì)打破，更加立體的造型設(shè)計(jì)成了宇宙飛船的新美學(xué)。

圖3 電影《2001太空漫游》

除此之外，庫布里克也非常注重飛船的科學(xué)實(shí)用性。“發(fā)現(xiàn)”一號(hào)能夠通過自轉(zhuǎn)形成人工重力，這樣可以有效避免人體骨骼中鈣質(zhì)的流失。在太空中如果沒有人工重力的話，血液無法良性循環(huán)，骨骼和肌肉會(huì)因失重而失去自身的支撐能力。比如一個(gè)20歲的人在太空中飛2年，骨頭的密度就會(huì)相當(dāng)于一個(gè)七八十歲的老人。“發(fā)現(xiàn)”一號(hào)是核動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，是有核輻射的，所以人的居住艙才設(shè)計(jì)在最前面，核反應(yīng)堆在最后面，兩個(gè)部分隔得非常遠(yuǎn)。這種特殊的設(shè)計(jì)正是為了避免核動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的負(fù)面影響。

《2001 太空漫游》中的一幕出現(xiàn)了中國(guó)航天器的標(biāo)志。這是因?yàn)樵髡呖死吮救藢?duì)中國(guó)航天之父錢學(xué)森極為敬佩，因此電影中也出現(xiàn)了中國(guó)航天的身影?？死藢⒆约汉灻脑撓盗行≌f第二、第三部贈(zèng)予錢學(xué)森，錢學(xué)森回贈(zèng)了《錢學(xué)森選集》。兩人的友誼一直持續(xù)到彼此相繼離世。

1977年，又一部里程碑式的科幻作品誕生了，它就是《星球大戰(zhàn)》。星戰(zhàn)系列不但樹起一座電影特效里程碑，也開啟了爭(zhēng)拍星際片的風(fēng)潮。說起《星球大戰(zhàn)》，最讓人印象深刻的飛船應(yīng)該就是“千年隼”（圖4）了。最初創(chuàng)造千年隼的靈感來源于一個(gè)漢堡的外形，它的駕駛艙就好像是漢堡旁邊的一顆小橄欖。

圖4 千年隼——出自電影《星球大戰(zhàn)》系列

千年隼有一個(gè)飛碟型的主船體、一對(duì)前部貨艙以及安置在船體一側(cè)的圓柱體形駕駛艙。千年隼其實(shí)就像擎天柱，是一個(gè)貨車車頭，它可以通過那個(gè)大螃蟹鉗子拖帶不止一節(jié)的星際貨運(yùn)集裝箱。只不過近幾年在迪士尼重新設(shè)計(jì)星戰(zhàn)系列后，集裝箱的設(shè)定沒有再出現(xiàn)了。

在千年隼之外，殲星艦（圖5）也是經(jīng)常被提起的經(jīng)典飛船系列。Y翼殲星艦看起來有著非常穩(wěn)固的底盤和厚重的保護(hù)外殼，然而殲星艦扁平又尖銳的外形設(shè)計(jì)決定了它不能進(jìn)入大氣層，空氣摩擦很可能會(huì)對(duì)船體造成傷害。

圖5 殲星艦——出自電影《星球大戰(zhàn)》系列

《星球大戰(zhàn)前傳3：西斯的復(fù)仇》中安納金駕駛的殲星艦則混合了星戰(zhàn)系列中不同飛船的特點(diǎn)，它同時(shí)擁有鈦戰(zhàn)機(jī)不規(guī)則幾何形狀的窗戶與太陽能電池板，《絕地歸來》中的前鋒艙和千年隼的中心駕駛員座艙。在安納金的殲星艦中央有一個(gè)“大水泡”，上面安置的大舷窗可以給駕駛員提供一個(gè)開闊的視野?！缎乔虼髴?zhàn)》本身就像一個(gè)華麗的宇宙飛船展示大舞臺(tái)，每一個(gè)系列中的每一種型號(hào)都會(huì)有自己的特點(diǎn)。

在經(jīng)典科幻劇集《星際迷航》中，一大亮點(diǎn)設(shè)計(jì)就是曲速引擎飛行。曲速引擎是以反物質(zhì)作為燃料改變飛船周圍空間的大小。飛船前方的空間迅速彎曲縮小，后方的空間迅速彎曲擴(kuò)大，飛船就被“擠”向前，速度大大提升，甚至可以超光速?！缎请H迷航》中的 “進(jìn)取”號(hào)前部是一個(gè)巨大的圓盤，圓盤的下方有一個(gè)狹長(zhǎng)的反應(yīng)堆部分?！斑M(jìn)取”號(hào)（圖6）后部的兩個(gè)“小尾巴”就是它的曲速引擎裝置。

在星戰(zhàn)系列之后的20世紀(jì)70—80年代，隨著人們對(duì)于太空的認(rèn)知不斷加深，航天科學(xué)知識(shí)的日益普及，宇宙飛船的設(shè)計(jì)重心漸漸從外形轉(zhuǎn)到了科學(xué)理論的內(nèi)核。《星球大戰(zhàn)》前所未有的大制作與精美特效，也在當(dāng)時(shí)樹立了一個(gè)科幻特效的業(yè)界標(biāo)桿。

最近30年，隨著電腦技術(shù)的爆發(fā)式成長(zhǎng)，電影工業(yè)逐漸擺脫了實(shí)體模型的束縛，CG外星飛船開始成為主流。

2009年詹姆斯·卡梅隆執(zhí)導(dǎo)的科幻巨制《阿凡達(dá)》中的貨運(yùn)母艦 “創(chuàng)業(yè)之星”號(hào)（圖7），其船體結(jié)構(gòu)龐大而繁雜，然而每一個(gè)你能看到的部分都是嚴(yán)格按照飛船航空的理論來設(shè)計(jì)的。據(jù)設(shè)定，“創(chuàng)業(yè)之星”號(hào)的引擎會(huì)釋放激光能量，加熱大圓球中的工質(zhì)氦，產(chǎn)生推力帶動(dòng)飛船前行。這也就是為什么飛船前方需要巨大的散熱板，尾部還要有大大的尾盾來保護(hù)船體不受到自身發(fā)射的激光損害。而“尾巴”上的小方塊就是宇航員的居住區(qū)，還自帶一個(gè)制造人工重力的旋轉(zhuǎn)裝置。

圖6 “進(jìn)取”號(hào)——出自美劇《星際迷航》

圖7 “創(chuàng)業(yè)之星”號(hào)——出自電影《阿凡達(dá)》

電影《星際穿越》中的 “永恒”號(hào)（圖8）是一個(gè)巨大的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)形。轉(zhuǎn)動(dòng)是為了模擬重力，使宇航員在飛船內(nèi)可以穩(wěn)定地站立與行走，攝制組也不需要拍攝飛船內(nèi)宇航員漂浮著的鏡頭了。另外，為確保在穿越蟲洞、接近黑洞時(shí)足夠牢固而不會(huì)散架，最后，“永恒”號(hào)的直徑被設(shè)定在蟲洞直徑的1/100，這樣的尺寸正好能維持它不變形。

“徘徊者”號(hào)是影片中用來登陸兩顆行星的飛船，它擁有流線型的優(yōu)美設(shè)計(jì)，就像一輛馳騁在太空中的跑車。諾蘭讓人真實(shí)搭建了“徘徊者”號(hào)的全尺寸模型，并將它放置在萬向架上來模擬飛船飛行時(shí)的姿態(tài)。

圖8 “永恒”號(hào)——出自電影《星際穿越》

《星際穿越》中的機(jī)器人TARS只由幾個(gè)黑漆漆的小方塊構(gòu)成，卻讓人感覺十分靈動(dòng)可愛。我國(guó)的 “天宮”二號(hào)也搭載了一個(gè)臂展10余米長(zhǎng)的機(jī)械臂，它首尾可以互換，是一個(gè)靈活的移動(dòng)式裝置，可以輔助對(duì)接飛船，也可以代替航天員進(jìn)行艙外維護(hù)?？梢韵胂螅诤棋挠钪嬷?，“天宮”二號(hào)上有一個(gè)敏捷的身影正在靈活地爬來爬去。

《地心引力》里出現(xiàn)了“神舟”飛船的身影，美國(guó)航天員在宇宙中遇到事故后，從俄羅斯的國(guó)際空間站，轉(zhuǎn)移到中國(guó)的“天宮”一號(hào)最后乘坐神舟火箭安全地返回了地球。其實(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中，俄羅斯空間站與“天宮”一號(hào)是在不同高度的軌道上運(yùn)行的，宇航員在宇宙中不可能只靠一次點(diǎn)火就完成軌道轉(zhuǎn)移。太空空間站在完成自己的使命到達(dá)使用年限時(shí)就會(huì)墜毀。它墜毀時(shí)不會(huì)像電影里這樣迅速減速并脫離軌道，一般情況都會(huì)先利用推進(jìn)器降低高度到與地球大氣接觸的地方，最后墜落到地球上。

2016年是中國(guó)航空航天60周年，自2016年起將每年4月24日設(shè)立為“中國(guó)航天日”。首個(gè)中國(guó)航天日以“航天夢(mèng)，中國(guó)夢(mèng)”為主題。1968年《2001 太空漫游》中，出現(xiàn)了中國(guó)航天器的身影。今天的《地心引力》《火星救援》中依然出現(xiàn)了中國(guó)的火箭與空間站。從1970年的 “長(zhǎng)征”一號(hào)到2016年發(fā)射的 “神舟”十一號(hào)載人飛船，每一艘飛船都載著中國(guó)人的航天夢(mèng)。

“神舟”系列飛船（圖9）由3個(gè)部分組成：軌道艙、返回艙、推進(jìn)艙。圓滾滾的軌道艙就是航天員在太空工作和生活的地方，里面除備有食物、飲水和大小便收集器等生活裝置外，還有各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)用的儀器設(shè)備。返回艙又稱座艙，是航天員的“駕駛室”，太空任務(wù)結(jié)束后，返回艙會(huì)打開降落傘，帶著航天員返回地球。推進(jìn)艙也稱動(dòng)力艙，呈圓柱形，內(nèi)部裝載推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)劑，為飛船提供調(diào)整航行軌道以及制動(dòng)減速所需要的動(dòng)力。兩邊的“翅膀”則是太陽翼，為飛船提供電能。 “神舟”十一號(hào)有3層樓那么高，5輛小汽車那么重，它將在太空中與 “天宮”二號(hào)交會(huì)對(duì)接，形成組合體飛行30天，成為一座小型空間站。

圖9 “神舟”系列飛船

正如《星際迷航》中經(jīng)典臺(tái)詞所說，因?yàn)橛刑剿鞯挠?，我們才?huì)不斷地設(shè)計(jì)出新的飛船。相比一百多年前，我們已經(jīng)對(duì)宇宙有了更多的了解。然而宇宙何其廣大，人類又何其渺小，已知之外還有未知。這也就意味著我們永遠(yuǎn)在暢想與發(fā)現(xiàn)的路上。無論在現(xiàn)實(shí)生活中，還是在科幻電影里，總會(huì)有下一艘飛船，帶著你駛向迷人的廣袤天際。

附：可供參考的影視作品有《黑星》《月球旅行記》《地球停轉(zhuǎn)之日》《2001 太空漫游》《星球大戰(zhàn)系列》《星際迷航》《阿凡達(dá)》《星際穿越》《火星救援》《地心引力》