太空电梯实现需要时间｜读+

顾问也是科幻迷

科学顾问也是科幻迷。中科院力学研究所副研究员韩桂来还记得小时候看的《霹雳贝贝》，这是中国第一部儿童科幻片。中科院国家天文台研究员苟利军如今研究黑洞，十岁出头时他看杂志《飞碟探索》谈黑洞，内心震撼不已；因为对科幻的爱好，他主动和《星际穿越》的作者，同时也是美国理论物理学家基普·索恩联系上，最终翻译了这本书。

韩桂来：中国科学院力学研究所副研究员

苟利军：中国科学院国家天文台研究员

三位科学家很健谈，都有过多年科普经历，有的是央视实验现场、天宫课堂的常驻嘉宾，中科院物理所研究员魏红祥还有个身份：中国物理学会科普工作委员会主任，他曾获得第二届 “赛先生”科学和医学公共传播奖。

魏红祥：中国物理学会科普工作委员会主任、中国科学院物理所研究员

可创作团队的严格程度让科学家都惊讶。魏红祥透露，原来科幻影视创作，影棚能直接用摄像机拍摄的，基本不通过后期制作来实现，因为后期建模、渲染太费钱了，也很吃人力。但是《流浪地球2》在制作时就采用了大量的后期制作，为大家呈上了高水平的视效。像太空电梯里大部分东西，基本都是通过后期制作的，但是对于观众来说，肉眼很难分清哪些是动画，哪些是实拍，“这就是科幻工业化的巨大魅力”。

电影《流浪地球2》“太空电梯”的美术设定。

科学家和创作团队有个群，对方不停问，科学家不停回答，就这么边写边讨论，边讨论边改。有时半夜三更，仍会接到剧组电话，被询问特别小的技术细节。“很多电影镜头只有3秒，甚至一扫而过，但背后的东西其实都很扎实，里面有科学顾问的大量工作。”

2020年8月，中国科协印发了“科幻十条”。在多位科学家的推动下，2020年11月，中国科协成立了科影融合办公室。不久后，中国科普作家协会也成立了一个科学与影视融合专业委员会。专委会里，导演和科学家们经常聚在一块，或是组织活动，或是去剧组探班，了解彼此，加深感情。

魏红祥和郭帆聊过很多次，他发现这位年轻的导演对科幻电影的理解很深刻。他赞同郭帆说的，让中国人爱上科幻电影，首先要从硬科幻做起，越逼真越好，只有这么打群众基础，若干年之后，受众才会逐渐接受软科幻。

太空电梯是《流浪地球2》的核心科幻视觉元素。“这是人类历史上，第一次有电影如此认真地把这个概念展现出来，花了这么多工夫展示细节，还引起这么大范围的讨论。”魏红祥说。

魏红祥表示，未来中国科幻的路子不能走窄了，“脑洞”一定要开得更大。不光是题材要拓展，还要鼓励更多理科生或科学家直接创作。

【访谈】

为电影重要桥段想招：科幻设定没问题，只是目前技术达不到

读+：为什么要做太空电梯？

魏红祥：靠航天飞机或者宇宙飞船向太空运送人员和物资，需要消耗大量的人力、物力，成本很高。中国空间站和国际空间站距离地面不过400公里，这么低的轨道，我们一次也才能送几个人上去，并且国际上掌握这项技术的国家屈指可数。由于地心引力的存在，进行深空探索最好能有一个中继站，在地面和中继站之间，采用类似电梯的概念建立太空电梯，能够极大地降低太空探索的成本。

读+：按照现有技术，太空电梯的难点到底在哪？

魏红祥：中国空间站一个半小时绕地球转一圈，速度非常快。如果地球和空间站之间有钢索相连，钢索会把地球缠上了，空间站也会被拽下来，所以说太空电梯的终端得建在地球同步轨道上。地球同步轨道36000公里，也就是说，空间站得建设在距离地面36000公里的位置。这么长的距离，目前没有任何材料能够作为锁链。人工合成的材料里面，碳纳米管的强度很高，可以作为备选材料。遗憾的是，碳纳米管的长度目前还超不过1米。即使生长技术取得突破，现有碳纳米管的强度也就能支持几千米的长度，与地球同步轨道距离差距仍然很大。因此首先要解决的是材料生长的问题。

就算绳索的材料问题解决了，空间站在地球同步轨道距离的实际运行速度也很高，运行过程中一旦绳索断裂，后果不堪设想。

此外还有近地轨道的气候影响以及远地轨道的太空辐射、撞击等很多问题需要考虑，难度不小。

读+：据说已有科学家尝试，为何目前技术达不到还要去试呢？

魏红祥：目前科学家还是在厘米、分米尺度上进行太空电梯的实验，离实用还有很大的距离。但是太空电梯运送物资的成本实在是太低了，如果说用飞船发射东西要花一百块，太空电梯的运送成本差不多是几块钱，它能节省90%以上的成本，所以尽管难度巨大，但还是吸引了很多人去琢磨、去研究。

读+：把月球炸掉，这也是很多人讨论的桥段，您是否看到了网友反馈？

魏红祥：炸月球这个桥段引起很多人关注，大家可能分几派，第一派觉得把一个“邻居”炸了，从道义上说不太好。第二派觉得从科学来讲，没必要把它炸掉，带着它走没什么大问题。第三派是认为能量不足，炸不了。

读+：事实上办不办得到？

魏红祥：电影里说把全球核武器集中起来，这一点就很难。即使是把所有核武器都运到月亮上了，能量也差10亿倍，根本就炸不掉。还有一个最大的问题是月球上空气稀薄，核武器在月球上产生的威力比地球上小多了，几乎没有冲击波。其实这事我们自己算过，无论怎么算都很难实现。但这是电影的重要桥段，非要炸掉，那么就只能想招。我们就提出用相控阵的方法，规定好点火次序，通过规定点火次序来实现能量的最大化。把它们集中到一个坑里，通过排布，一圈一圈地放，通过引爆的次序，让它的能量最大化。最后月球的爆炸，其实靠的不是核武器，而是通过核武器这个“引信”让月球自身产生核聚变，这样炸掉的。

虽然我们也知道技术上几乎做不到，但为了剧情，编剧也在想尽一切办法让观众觉得没有那么难以接受。

读+：让地球停转，这个可能性大不大？

魏红祥：虽然科学家做过各种假设，但就人类现有能力来说，这事目前根本就办不到。

读+：这种“办不到”，是违反规律永无可能，还是能力所限目前办不到？

魏红祥：可能性有，理论上没问题，问题在于技术和工程上。要让地球自转停下来，那个能量很大的，不是人类目前所能操控的量级。而且想推着地球走，其实不是非得让地球停转不可。调整好角度，边转边走也是可以的，可能这种方法对地球环境影响更小。

读+：为何不直接把情节改成边转边走？

魏红祥：让地球停转，这是《流浪地球1》里的重要桥段，已经在大家心里扎根了，不能轻易修改。推着地球走，必然要建行星发动机，按我们现有的认知，这种发动机都是核聚变的。最容易做的核聚变就是氢的聚变，最多是氦的聚变，没别的了。虽然我们知道，更重的元素也能做聚变，但目前做不到。

地球上氢跟氦的量都非常少，不足以支撑行星发动机运动，所以只能把山给拆了，靠矿石的裂变聚变产生能量。这种重元素的核聚变在理论上可行，但目前做不到。为了减少大家观影时的疑问，编剧加了一个火石，让它先产生高温高压，从而有助于启动重核聚变。

读+：火石对应现实里的什么东西？

魏红祥：就像炸药的引信。其实目前的原子弹和氢弹也都是需要像火石一样的东西作为引爆装置的。

读+：是不是科幻电影不可能完美无缺？

魏红祥：不同科幻电影，对科学设定的要求不一样。比方说《火星救援》，大量科学细节经得起推敲，在火星上建立基地，要让人生存，那么每一步都得有科学依据，大家才会觉得没毛病。

但推着地球跑这事是想象，就目前的工程技术解决不了，至少眼下做不到，即使在电影里也做不到科学上无懈可击。

读+：科幻和科普有很大的区别。

魏红祥：对，科普是为了让大家明白科学概念、科学原理，科幻是开阔大家的眼界，提供一种思路。科幻通常会设定一个宏大的场景和目标，很难实现，但会激励科学家或受众逐渐解决里面涉及的技术问题，尽管没人知道到底需要多长时间，但至少有个目标，有目标的生活才是值得期待的。所以科幻电影最迷人之处是大胆的想法，它需要让人眼前一亮、醍醐灌顶，所以不需要拘泥于现有技术。最近网上流行一句话：你负责想象我负责实现，就是这个道理。我希望中国科幻能大开脑洞，提出更宏大的叙事。

读+：您说赞同导演说的，先从硬科幻做起，有了群众基础，再来接受软科幻。软硬科幻两者区别是什么？

魏红祥：硬科幻需要更扎实的科学细节，要更经得起推敲。软科幻在这方面的要求就弱一些。比如《西游记》，你说它算不算科幻？算，筋斗云、千里眼、顺风耳、钻地之类的本领。作者在写小说的时候估计自己也不相信能实现，所以就当时看，这就是软科幻，想想过过瘾就好了，不用在意能否实不实现。但从现在的观点看，它其实已经接近硬科幻了，里面很多事人类都能办到。软硬科幻没有严格界限，就是离我们远近的问题，主要看实现程度。

可能相当长的时间内，我们都是需要硬科幻的。硬科幻离现实稍微近一点，大家觉得可能性大，有实现的欲望。当人们觉得目标很远但可以往前冲时，通常是相互帮助的。

《星际穿越》中文译者：尽量做有根据的推测与延伸

读+：您何时参与进来？

苟利军：大概是在两年多前。《流浪地球1》没有科学顾问，在电影上映之前有过内部放映，中国在2019年才有第一部现代意义上的科幻电影，我提前去看了，当时觉得挺震撼的。剧组想做得更好，在第二部邀请了科学顾问。

读+：中国科幻电影有科学顾问，好像也是最近的事？

苟利军：过去不光是没有科学顾问，而且具有现代意义的科幻电影起步就晚。其实2019年第一部到现在，时间也不长，但是无论是科技还是科幻都成长很多，因为科幻电影是科学与电影的结合，中国经济发展到一定程度后，人们自然就会对科幻电影产生需求，自然就有导演去拍摄。

读+：科学顾问的职责是什么？

苟利军：尽量保证电影里涉及科学的部分正确无误，但是科幻电影不是科学纪录片，科幻电影首先是电影，不一定是真的。

读+：您做了哪些工作？

苟利军：有一些展现出来了，有些没有。展现的就是月球坠落的轨道，月球是逐渐靠近我们的，我们计算了一下，大约在六七十小时之内坠落到它轨道的一半，大概19万公里这样的距离。我们还计算了按照怎样的轨道来坠落，应该是什么样的形式，电影里只出现了一张非常小的图，挂在背景当中。

我们还做了太阳风暴方面的计算，按照电影的设定，未来太阳风暴的活动比现在更加剧烈，那么对太阳风暴的分类会在现有基础上延伸。这一点在电影中并没有特别多展现。

读+：是否可以理解为，电影中的很多细节，也许在观众眼里只是一晃而过，或者根本没注意到，但是也经过了计算？

苟利军：是的，这体现了导演对科学的重视。比如说太空电梯，虽然我没有参与太多，但是太空电梯上的一些按键提到的物理名词，我们也会提供专业支持。

我们所做的是辅助性工作，但科学顾问的作用还是挺大，毕竟科幻电影不是一般电影。

读+：地球向木星逼近，月球掉到地球附近，电影提到了“洛希极限”这个概念，这个怎么理解？

苟利军：“洛希极限”就是说，一个比较大一点的天体靠近时，比如说靠近地球时，它受到的力不一样，这个力正好就会形成一个撕扯力，靠得越近，撕扯力就变得越大，最终有可能把月球撕扯掉。

第一部里说靠近木星就会让地球撕碎，这个其实是错的。后来很多科普都算过了，在掉入的过程中，地球都是完整的，不会被撕碎。

第二部里月球掉落过程非常靠近地球，我们都知道，月球距离地球通常是38万公里。说靠近，是说离地球大约9000公里的时候，不到1万公里，被地球的引力自然摧毁，地球将非常危险。所以在离着还远的时候，就把它炸碎，能避免掉落到地球上的可能性。

读+：之前电影《星际穿越》的书是您翻译的，这过程带给您怎样的启发？

苟利军：我本身对科幻非常感兴趣，就翻译了那本书。这部科幻电影涉及的知识分为三类，第一类是科学事实，就是最基本的物理知识。第二类是有根据的推测，比如说黑洞，尽管我们现在都看到了黑洞的照片，但2014年年底照片还没有，我们就从《星际穿越》上看到了黑洞，这就属于有根据的推测。第三类是猜想，比如说高维空间。在一部科幻电影中做到这三点是很好的。

9G重力加速度由他提出：太空电梯的原理其实很简单

读+：您何时参与进来？

韩桂来：大概是在2020年的夏天。平时我大多和导演、制片人等通过群交流，经常反反复复讨论问题。电影构架了一个世界观，就是在影片情节设定下，大家要遵循的行为规则，挺长的，大概有一百多页。里头涉及到物理、天文、化学、生物、计算机等各种学科。影片里差不多有四分之一到三分之一的场景跟太空电梯有关，我是研究力学的，任务主要是在世界观的基础上，根据情节设定需要，融入一些元素，给予咨询建议。

读+：科学顾问提出的意见，是不是都被采纳了？

韩桂来：科学顾问不是编剧，创作团队考虑我们提到的因素，我们建议他们这些因素怎么体现出来。其实创作团队的想象力远远超出我们想象，因为影片中大部分东西，气势磅礴，让观众很有代入感，都是他们想象出来的，科学元素其实只是很小的一部分。

读+：从力学角度谈谈太空电梯，它是不是实现起来很难？

韩桂来：这涉及到很多很多问题。其实太空电梯本身的原理很简单，就是地球外头有一个配重，这个配重绕地球旋转，但是绕地球旋转的高度高于同步卫星轨道的高度，那么以这样的速度旋转，配重就会跑，就会离开地球。

最简单的，就是我弄个绳子，把它拴在那，它就跑不掉了。所以地球对它有吸引力，然后又有一个绳子拴住它，给它提供一个向心力，让它可以稳定在那个地方。

但是，这个绳子是不是有足够的强度能够拴住它？这个剧情里头，设定的绳子长度是9万公里，你在这一头把它拎起来，很容易断掉，从材料来说目前实现不了。

还有配重的问题。绳子9万公里长，它需要通过配重把绳子拉直，否则太空电梯没有地方挂。那么配重要多重？怎么把配重发射到天上去？我们也可以想象，那个配送可能不是从地球上发射出去的，可能是一个外来的小行星，正好飞到那了，我们弄个绳子把它拴住。

还有时间的问题。9万公里长，从底下飞到上头需要多长时间？是需要10个小时之内飞到，还是需要三天之内飞到？还有轿厢怎么推进的问题，怎么在这么长的轨道上运行，人怎么来控制的问题。

我们还要考虑到，电梯已经在大气层外了，太空中各种垃圾有可能撞击它。在大气层外，等于说直接接受太阳辐射，白天跟晚上的温差会达到200多摄氏度，电梯怎么防护？

读+：太空电梯里哪些细节是您给出的建议？

韩桂来：比方说在太空电梯里头，演员吴京和王智他们有很多打斗的场景，那时候就需要跟超重失重来配合，什么时候宇航员该飘起来了等等，我们会给予很多建议，他们再通过场景、人物、物件来体现。

读+：宇航员登上太空电梯，穿着抗载服，被告知要承受9G重力加速度。电影里的9G重力加速度是您提出来的。为什么不是2G、3G或者几十个G？

韩桂来：这个经过了计算。9G重力加速度对于一个飞行员来讲，也算是达到了训练的极限指标，但是这里头会有抗载等其他设定，否则人光坐在那里，达到了9G，面部肌肉会全部挂下来，人就不像正常人了。

读+：挂下来是什么意思？

韩桂来：就是肉太重了，如果你的脸颊有500克的肉，9G重力加速度就相当于在你脸颊上再挂4500克的东西，这样的脸岂不是贴地了？严重变形。所以需要一些设定让它更合理一点，最起码观众看时不觉得情节空。

读+：还有没有类似逼真的细节？

韩桂来：还有好多，比方说网络信息运行的画面，那些都是真实代码运行出来的结果，除了计算机不是真的。还有很多科学名词，全都是正儿八经的专业词汇。

（长江日报记者秦孟婷）

【编辑：张靖】

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