航天科幻影片里的科學(xué)與非科學(xué)

松堂

航天題材科幻電影中，哪些設(shè)計(jì)是有科學(xué)根據(jù)的奇思妙想？哪些安排源自主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)天馬行空的想象？本篇，讓我們一起了解！

航天題材是科幻影片當(dāng)中一個(gè)重要門(mén)類(lèi)。有些電影就是講航天的，還有一些作品發(fā)生在宇宙背景中，想象人類(lèi)進(jìn)入宇航時(shí)代之后的社會(huì)生活與愛(ài)恨情仇。在這里，讓我們來(lái)談?wù)効苹糜耙曌髌肥侨绾纹胶饪茖W(xué)技術(shù)與劇情需求的。

飛船結(jié)構(gòu)

首先談?wù)動(dòng)钪骘w船的結(jié)構(gòu)。這是諸多科幻電影當(dāng)中，最容易天馬行空的地方。載人航天發(fā)展之初出現(xiàn)的科幻作品，往往用船舶概念來(lái)設(shè)計(jì)宇宙飛船。茫茫大海和茫茫宇宙，看起來(lái)似乎有很多相似的地方。當(dāng)然，宇宙飛行器和海船畢竟大有不同，所以導(dǎo)演和道具師有了很多發(fā)揮的空間，引入了很多噴氣式飛機(jī)的元素。

比如《星際迷航》里的聯(lián)邦星艦，就是一種豪華游輪、飛碟、噴氣式飛機(jī)的混合體。而《星球大戰(zhàn)》里的殲星艦，基本上就是按海軍炮艦設(shè)計(jì)的。其實(shí)當(dāng)時(shí)美國(guó)和蘇聯(lián)都已經(jīng)研制出了自己的載人飛船，不過(guò)，無(wú)論是東方號(hào)、聯(lián)盟號(hào)，還是雙子星座號(hào)、阿波羅號(hào)，體積都太小了，很難發(fā)揮原作者和導(dǎo)演的藝術(shù)思維。于是乎，在當(dāng)時(shí)的科幻電影中，宇宙飛船就成了一種擁有寬大艦橋和復(fù)雜艙室的東西，而且宇航員似乎也不用考慮失重的問(wèn)題。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代之后，載人航天技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展成熟。蘇聯(lián)的空間站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期在軌飛行。美國(guó)的航天飛機(jī)則代表了另外一個(gè)技術(shù)流派。導(dǎo)演們也開(kāi)始回歸現(xiàn)實(shí)，他們知道，那種氣勢(shì)恢宏的宇宙飛船，短期內(nèi)是造不出來(lái)的；而人工重力也不是什么奇幻的遐想，用現(xiàn)在的科學(xué)原理就能解釋。

所以，我們?cè)?0世紀(jì)80年代以后的科幻電影中，看到了更多用圓柱形艙段構(gòu)成的飛船，人工重力靠飛船的自旋來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些飛船有個(gè)特點(diǎn)，就是擁有比較大的環(huán)形結(jié)構(gòu)，環(huán)形旋轉(zhuǎn)起來(lái)，由于離心作用，艙室內(nèi)會(huì)形成重力。描繪火星探險(xiǎn)的電影《紅色星球》就體現(xiàn)了這一點(diǎn)。

有些飛船被設(shè)計(jì)成單環(huán)結(jié)構(gòu)，也有一些飛船被設(shè)計(jì)成雙環(huán)結(jié)構(gòu)，兩個(gè)環(huán)以相反的方向旋轉(zhuǎn)，就能夠抵消各自產(chǎn)生的扭矩，看起來(lái)是真正進(jìn)行了工程設(shè)計(jì)思考。

當(dāng)然，環(huán)形飛船這樣的設(shè)計(jì)完全脫離了地球上飛機(jī)或者船舶的艙室的設(shè)計(jì)概念，因?yàn)闊o(wú)論是飛機(jī)還是船只，駕駛艙都是放在正面視野最好的位置，如果是環(huán)形的人造重力飛船，那么駕駛艙或者主控室都要放在環(huán)上。或許到那個(gè)時(shí)候，人類(lèi)就需要培養(yǎng)一批全新概念的飛船駕駛員了。

動(dòng)力

我們都知道，航天發(fā)展，動(dòng)力先行。

在科幻影視中，有些影片會(huì)嚴(yán)格遵守軌道動(dòng)力學(xué)與航天器設(shè)計(jì)的基本原理，比如著名的太空災(zāi)難片《地心引力》，其中絕大部分情節(jié)是嚴(yán)格符合當(dāng)今人類(lèi)載人航天技術(shù)的，只有很少的地方做了藝術(shù)發(fā)揮。作家和導(dǎo)演沒(méi)有無(wú)端發(fā)明任何一種現(xiàn)在還不存在的動(dòng)力，航天器的動(dòng)力系統(tǒng)老老實(shí)實(shí)地接受了運(yùn)載火箭固體發(fā)動(dòng)機(jī)、肼推力器之類(lèi)的設(shè)置。女主角在返回地球的過(guò)程當(dāng)中，先使用航天服上的肼推力器，從航天飛機(jī)失事的軌道長(zhǎng)途飛行后來(lái)到了國(guó)際空間站軌道，然后又操縱國(guó)際空間站上的俄羅斯飛船前往中國(guó)空間站，最后乘坐神舟飛船返回了地面。在整個(gè)過(guò)程當(dāng)中，沒(méi)有什么發(fā)明創(chuàng)造。問(wèn)題是，這幾種發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際軌道飛行當(dāng)中，是做不到大速度增量機(jī)動(dòng)的。

還有一些科幻電影相對(duì)來(lái)說(shuō)腦洞就要大一些了，導(dǎo)演會(huì)設(shè)想各種大推力離子發(fā)動(dòng)機(jī)，完全超越了當(dāng)今人類(lèi)的科技水平。它們不但能讓飛行器在行星大氣層內(nèi)自由飛行，甚至能夠推動(dòng)一艘完整的飛船從行星上起飛，進(jìn)入宇宙空間，然后進(jìn)入星際航行軌道。航天工程師多年來(lái)一直在夢(mèng)想著，有這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)可以投入使用，然而到目前為止還不曾實(shí)現(xiàn)。

同樣的設(shè)想出現(xiàn)在科幻電影《星際旅行》中。滿(mǎn)載星際移民的飛船，在飛行過(guò)程中因?yàn)樵獾诫E石的襲擊，離子發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，所以電腦喚醒了男主角，男主角又喚醒了女主角，兩個(gè)人一起修好了控制系統(tǒng)，讓飛船在經(jīng)過(guò)了9 0多年的航行之后抵達(dá)了目的地。

大推力離子發(fā)動(dòng)機(jī)，目前雖然還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但還不算太夸張。所以在《流浪地球》當(dāng)中，作者設(shè)想用離子發(fā)動(dòng)機(jī)把地球變成一艘飛船，推向比鄰星。這是迄今為止所有科幻電影當(dāng)中，對(duì)于離子發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)想最宏大的一個(gè)。

上述航天器動(dòng)力系統(tǒng)在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，通過(guò)技術(shù)研發(fā)，或許有可能把它們變成現(xiàn)實(shí)。但是，另外一些動(dòng)力系統(tǒng)的科幻想象就有些離譜了。

距離真實(shí)科學(xué)與工程最遠(yuǎn)的，可能是迄今為止最成功的航天科幻電影——《星球大戰(zhàn)》系列?！缎乔虼髴?zhàn)》當(dāng)中，最值得一看的就是雙方在宇宙中進(jìn)行激烈空戰(zhàn)的場(chǎng)景。反抗軍一方的X 翼戰(zhàn)機(jī)和帝國(guó)一方的鈦戰(zhàn)機(jī)圍繞著不同的星球，或者是死星這樣的超級(jí)空間基地，進(jìn)行著殊死搏斗。兩種宇宙飛行器輾轉(zhuǎn)騰挪、左沖右突，似乎完全不把軌道動(dòng)力學(xué)的概念放在眼里。實(shí)際上，《星球大戰(zhàn)》當(dāng)中的宇宙戰(zhàn)機(jī)空戰(zhàn)場(chǎng)景完全是按照地球上近距離空中格斗的模式來(lái)設(shè)計(jì)的。如果真的有兩種航天器在宇宙中如此格斗，那么動(dòng)力系統(tǒng)必須極其強(qiáng)大，能夠隨心所欲地提供各個(gè)方向上的速度增量。按照人類(lèi)目前能夠想象出來(lái)的推力器，宇宙飛行器絕不可能有那么快，更不可能身輕如燕地到處躲閃。然而，這并不影響人們對(duì)《星球大戰(zhàn)》的喜愛(ài)。

另外一個(gè)容易被科幻影視作品拿來(lái)作為題材，卻沒(méi)有辦法在今天的航天科學(xué)技術(shù)當(dāng)中找到對(duì)應(yīng)動(dòng)力系統(tǒng)的，就是超光速發(fā)動(dòng)機(jī)，也叫作曲率發(fā)動(dòng)機(jī)。它最早出現(xiàn)在《星際迷航》當(dāng)中，因?yàn)橛辛诉@種超光速的發(fā)動(dòng)機(jī)，所以飛船和主角們可以在不同的時(shí)空間穿梭，構(gòu)成了復(fù)雜的故事線(xiàn)。《星際迷航》雖然從來(lái)沒(méi)有能夠像《星球大戰(zhàn)》那樣帶來(lái)龐大票房和文創(chuàng)市場(chǎng)，卻一直吸引著一群鐵粉并不斷推出新版。

超光速飛行的理念，其靈感主要是從蟲(chóng)洞理論當(dāng)中得來(lái)的。但是到目前為止，人類(lèi)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一個(gè)真正的蟲(chóng)洞，所以曲率發(fā)動(dòng)機(jī)這種東西也就只能停留在科幻當(dāng)中了。

飆車(chē)

《獨(dú)行月球》里非常重要的一個(gè)情節(jié)，就是獨(dú)孤月帶著大紅袋鼠，在月球“飆車(chē)”——他們努力迎著晨昏線(xiàn)前進(jìn)，確保自己一直處在月晝之中。這個(gè)情節(jié)有合理的地方，也有演繹的內(nèi)容。月球赤道位置的自轉(zhuǎn)速度大約是16.7千米/ 時(shí)，如果在緯度略高一些的地方，這個(gè)速度還可以更低一些。那么看上去，輪式車(chē)輛是有可能超越月球自轉(zhuǎn)速度，保持在陽(yáng)光照射之下的。這也僅僅是理論，人類(lèi)對(duì)月球表面路況的了解依然是嚴(yán)重不足的。

月球上沒(méi)有公路體系，看起來(lái)平坦的月面，覆蓋著不同厚度的月壤。薄的地方只有幾厘米，厚的地方有好幾米。月球上沒(méi)有植物也沒(méi)有地表水，月壤就那樣松散地堆積著，不會(huì)像地球上的沖積平原那樣堅(jiān)實(shí)。沒(méi)有人知道，月球車(chē)一旦開(kāi)上去，是會(huì)平安通過(guò)，還是會(huì)陷進(jìn)去動(dòng)彈不得？月球上還遍布著大大小小的石頭，并沒(méi)有養(yǎng)路班把它們拖到一邊去。我們?cè)谶@里還沒(méi)有討論溝壑、隕石坑一類(lèi)障礙。最麻煩的是永久陰影區(qū)，目前還不知道里面的路況是什么樣，貿(mào)然把車(chē)開(kāi)進(jìn)去，只怕會(huì)有些麻煩。

在2015年上映的美國(guó)大片《火星救援》中，同樣出現(xiàn)了一個(gè)“飆車(chē)”場(chǎng)景。男主角被丟在了火星上，不過(guò)火星夜間低溫的情況沒(méi)有月球那么可怕，而且男主角還擁有核動(dòng)力暖氣——一個(gè)同位素電源。他把這個(gè)同位素電源用防輻射材料包裹起來(lái)之后，放在自己的火星車(chē)駕駛艙里，長(zhǎng)途跋涉3200千米。這兩個(gè)場(chǎng)景也說(shuō)明，今后人類(lèi)無(wú)論是開(kāi)發(fā)月球還是開(kāi)發(fā)火星，在外星球上駕車(chē)行駛，都是一個(gè)剛性需求。比如正常的科學(xué)考察和資源開(kāi)發(fā)中，長(zhǎng)途行車(chē)肯定是免不了的。月球上氦-3廣泛分布在月壤里，它的開(kāi)采更是一刻也離不開(kāi)車(chē)輛。

正所謂“道路千萬(wàn)條，安全第一條”，怎么才能保證外星行車(chē)安全，是科幻電影尚未深入討論的。《星球大戰(zhàn)》及其續(xù)集《曼達(dá)洛人》回避了這個(gè)問(wèn)題，把星球地面交通都交給了反重力飛船。這似乎離人類(lèi)太遠(yuǎn)了一點(diǎn)。在現(xiàn)實(shí)中，人們需要對(duì)外星球做充分的勘查測(cè)繪，才能考慮行車(chē)。另外，美國(guó)國(guó)家航空和航天局正在考慮在月球和火星軌道上建立類(lèi)似于GPS 的衛(wèi)星導(dǎo)航體系，這樣就有希望實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。無(wú)論是獨(dú)孤月還是馬克，都可以把行車(chē)的事情交給電腦，不用打著哈欠在方向盤(pán)前堅(jiān)守了。

制導(dǎo)導(dǎo)航控制

多數(shù)科幻影視作品都不會(huì)討論具體的制導(dǎo)導(dǎo)航控制方式。在這些影片中，默認(rèn)的設(shè)定就是，人類(lèi)已經(jīng)知道每一個(gè)天體的精確位置，想去哪里，直接把坐標(biāo)輸入就可以了，就像在地球上用導(dǎo)航儀開(kāi)車(chē)一樣。在一些影片中，會(huì)出現(xiàn)飛行中途切換目的地的情節(jié)。駕駛艙里的人們也只是在電腦上簡(jiǎn)單操作一番，就把一件如此復(fù)雜的事情搞定了。

近些年，也有些科幻電影把裸眼3D 投影技術(shù)引入了場(chǎng)景，把星際導(dǎo)航變成了體感游戲式的操作。角色們將投影中顯示的軌道撥來(lái)?yè)苋ィ僮髌饋?lái)似乎非常簡(jiǎn)便。今后在工程實(shí)踐上，會(huì)不會(huì)真的采取這種導(dǎo)航控制方式，也很難說(shuō)。

然而，《異形》系列的《普羅米修斯》做了一些“硬核”嘗試。在影片末尾，外星工程師聽(tīng)說(shuō)有個(gè)地方叫地球，適合自己的種族生存，就立刻啟動(dòng)飛船導(dǎo)航系統(tǒng)。這是迄今為止，所有科幻電影中最具有創(chuàng)意的導(dǎo)航系統(tǒng)。外星工程師按動(dòng)電鈕，控制臺(tái)上跳出了一個(gè)天球，里面用3D投影技術(shù)顯示了宇宙里的各個(gè)星系和星球。他用一個(gè)望遠(yuǎn)鏡式的東西，在天球里找到地球，鎖定之后，就啟動(dòng)飛船向目標(biāo)飛去。

科幻影片之所以對(duì)制導(dǎo)導(dǎo)航控制方式這樣忽視，主要是因?yàn)檫@個(gè)方面的情節(jié)并不是很容易出彩。多數(shù)工作都在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，依靠枯燥的公式和數(shù)據(jù)來(lái)自動(dòng)完成，既不能體現(xiàn)主角的神勇，也很難打動(dòng)人心。所以，《普羅米修斯》當(dāng)中的場(chǎng)景設(shè)計(jì)，算是非常有創(chuàng)意了。

《機(jī)器人總動(dòng)員》中對(duì)飛船制導(dǎo)導(dǎo)航控制系統(tǒng)做了一番

制導(dǎo)導(dǎo)航控制“歡快”的描述。當(dāng)新任艦長(zhǎng)決定帶所有人返回地球、重建家園的時(shí)候，機(jī)器人助手竟然跳出來(lái)反對(duì)，說(shuō)按照自己的程序設(shè)定，不能返回地球。艦長(zhǎng)和機(jī)器人做了一番搏斗，才拿回了飛船的控制權(quán)。

武器

戰(zhàn)爭(zhēng)是航天科幻作品當(dāng)中無(wú)法繞開(kāi)的一個(gè)主題，飛船之間的激烈戰(zhàn)斗，比其他類(lèi)型的情節(jié)都更容易吸引觀(guān)眾，從而帶來(lái)轟動(dòng)性的票房。

在太空里人類(lèi)該用什么東西來(lái)打仗呢？或許大家會(huì)脫口而出，當(dāng)然是用激光。

其實(shí)激光也不是那么容易用的東西，目前即使在地球上，想用激光來(lái)?yè)魵硞€(gè)目標(biāo)也并不是很容易。美國(guó)海軍新近裝備的艦載激光器，即使用艦艇的強(qiáng)大供電能力，也只能在幾千米的距離上擊毀小艇、無(wú)人機(jī)之類(lèi)的小東西，要想擊落對(duì)方的導(dǎo)彈甚至攻擊軍艦，還只是一個(gè)夢(mèng)想罷了。

在宇宙空間，作戰(zhàn)雙方航天器之間的距離要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)地面戰(zhàn)場(chǎng)，相距幾千千米甚至上萬(wàn)千米，都不是什么新鮮事。在這么遠(yuǎn)的距離上，激光必然會(huì)發(fā)生散射，命中點(diǎn)光斑上的能量會(huì)被嚴(yán)重削弱，很難起到殺傷作用。

但是這并不能夠阻止導(dǎo)演們安排宇宙戰(zhàn)艦用激光互相射來(lái)射去。特別是在電影《星球大戰(zhàn)》當(dāng)中，激光炮打出來(lái)的光線(xiàn)并不是一段射線(xiàn)，而是曳光彈那樣一段一段的。目標(biāo)被擊中之后并不會(huì)被燒出一個(gè)洞來(lái)，而是像被炮彈打中那樣當(dāng)場(chǎng)就爆炸了。

航天科幻影片中最具有特色、也最不合理的武器就是激光劍，它完全違背了激光的基本特征。激光是一種射線(xiàn)，當(dāng)它發(fā)射出來(lái)以后，如果沒(méi)有被什么東西擋住，就會(huì)射向無(wú)限遠(yuǎn)的地方。可是影片中的激光劍，卻能夠形成一個(gè)1米多長(zhǎng)的光柱，就像噴出來(lái)的火焰一樣。雖然從《星球大戰(zhàn)》上映的第一天開(kāi)始，物理學(xué)家和光學(xué)工程師就發(fā)現(xiàn)了其中的不合理性，但是誰(shuí)也沒(méi)有為此指責(zé)《星球大戰(zhàn)》這部電影，因?yàn)樗o人們帶來(lái)的視覺(jué)享受實(shí)在是太特別了。

在太空戰(zhàn)爭(zhēng)類(lèi)型的電影中，導(dǎo)彈也是常見(jiàn)的兵器。但是多數(shù)影片沒(méi)有對(duì)太空導(dǎo)彈做詳細(xì)的設(shè)計(jì)，《無(wú)垠的太空》中，太空導(dǎo)彈和地球上的導(dǎo)彈一樣，是細(xì)長(zhǎng)圓柱體。其實(shí)在沒(méi)有空氣的太空里，導(dǎo)彈更應(yīng)該設(shè)計(jì)成反導(dǎo)攔截器的樣子。更早的科幻電影《第五元素》里，索性就放棄了對(duì)導(dǎo)彈的描繪，只是將其簡(jiǎn)化成顯示器上的光點(diǎn)罷了。

時(shí)空

在諸多航天科幻作品中，非常吸引人，卻又距離實(shí)際物理學(xué)很遠(yuǎn)的一種設(shè)置，就是時(shí)間旅行。因?yàn)橛钪娴某叨群艽螅砸坏?shí)現(xiàn)了超光速飛行，人類(lèi)是有可能進(jìn)行時(shí)空穿梭的。然而這只是一種還沒(méi)實(shí)現(xiàn)的可能性。

《星際迷航》可能是第一部大規(guī)模引入時(shí)空旅行概念的影片。時(shí)空旅行是根據(jù)所謂蟲(chóng)洞理論提出的，這個(gè)概念認(rèn)為，宇宙中可能存在連接兩個(gè)不同時(shí)空的狹窄隧道。這比宇宙間的遙遠(yuǎn)距離更讓人疑惑：在不同的時(shí)間當(dāng)中穿梭，人類(lèi)的現(xiàn)有邏輯方式不就全亂套了嗎？ 當(dāng)然，這也給了劇作家和導(dǎo)演發(fā)揮想象力的更大空間。

《星際穿越》同樣講述了一個(gè)時(shí)空穿梭的故事。這部電影討論的不僅僅是超光速飛行，還討論了不同引力場(chǎng)下的時(shí)間扭曲問(wèn)題。這為人們展示了一種可能性：只有通過(guò)宇宙飛行，才能充分理解相對(duì)論，揭示時(shí)間和空間的本質(zhì)。不過(guò)這種類(lèi)型的電影往往比較“燒腦”，除了專(zhuān)業(yè)物理學(xué)的研究者，其他人就算是對(duì)時(shí)空問(wèn)題有所研究，也要在觀(guān)影之后，坐下來(lái)計(jì)算研究一番，才能理解劇情變化。因此，這類(lèi)電影往往是叫好不叫座兒，只能靠長(zhǎng)尾效應(yīng)來(lái)贏得票房收入。

在太空吃飯

無(wú)論何時(shí)何地，吃飯都是頭等大事。多數(shù)科幻影片把吃飯問(wèn)題一帶而過(guò)，或許是因?yàn)樘丈畈灰?，沒(méi)條件太講究美食吧。影片中，角色們?cè)诔燥垥r(shí)大多是端著一個(gè)多格餐盤(pán)，里面裝著各種不同顏色的糊糊。比較有創(chuàng)意的，是新版《星際迷航》的劇集版，為艦長(zhǎng)安排了一份奇異的沙拉，里面不但有蔬菜，還有奇怪的外星生物觸角。

但是有兩部電影，卻認(rèn)認(rèn)真真討論了太空中的食物問(wèn)題。一部是著名的《火星救援》。電影中，被丟在火星上的馬克發(fā)現(xiàn)留下的糧食只夠吃一個(gè)月的，所以他設(shè)法制造了水和肥料，在火星上種了不少土豆。

當(dāng)然，人類(lèi)要想在太空里長(zhǎng)期生存，食物的種類(lèi)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、新鮮度都要有保證，太空農(nóng)場(chǎng)是必須要有的。在另一部電影《星際穿越》的結(jié)尾，人類(lèi)逃離了環(huán)境失控的地球，在太空中建立了居民點(diǎn)，也采用人工重力的原理，用一個(gè)巨大的滾筒建成了世外桃源，農(nóng)田就貼著滾筒的內(nèi)部建設(shè)起來(lái)了。

當(dāng)然，并不是所有的航天科幻作品中航天員都只能吃枯燥或者奇異的食物。在《機(jī)器人總動(dòng)員》當(dāng)中，因?yàn)榈厍蛏系沫h(huán)境污染嚴(yán)重，人類(lèi)被迫造了一艘巨大的飛船，全體逃亡太空，等著地球自潔。這一等就是好幾百年。人類(lèi)在度假飛船里享受著機(jī)器人的服侍，衣食無(wú)憂(yōu)，從船長(zhǎng)到居民，都是一副胖墩墩的樣子。這可能是各種太空科幻電影中，吃飯最歡快的一部了吧。