航天科幻影片里的科學與非科學

松堂

航天題材科幻電影中，哪些設計是有科學根據的奇思妙想？哪些安排源自主創團隊天馬行空的想象？本篇，讓我們一起了解！

航天題材是科幻影片當中一個重要門類。有些電影就是講航天的，還有一些作品發生在宇宙背景中，想象人類進入宇航時代之后的社會生活與愛恨情仇。在這里，讓我們來談談科幻影視作品是如何平衡科學技術與劇情需求的。

飛船結構

首先談談宇宙飛船的結構。這是諸多科幻電影當中，最容易天馬行空的地方。載人航天發展之初出現的科幻作品，往往用船舶概念來設計宇宙飛船。茫茫大海和茫茫宇宙，看起來似乎有很多相似的地方。當然，宇宙飛行器和海船畢竟大有不同，所以導演和道具師有了很多發揮的空間，引入了很多噴氣式飛機的元素。

比如《星際迷航》里的聯邦星艦，就是一種豪華游輪、飛碟、噴氣式飛機的混合體。而《星球大戰》里的殲星艦，基本上就是按海軍炮艦設計的。其實當時美國和蘇聯都已經研制出了自己的載人飛船，不過，無論是東方號、聯盟號，還是雙子星座號、阿波羅號，體積都太小了，很難發揮原作者和導演的藝術思維。于是乎，在當時的科幻電影中，宇宙飛船就成了一種擁有寬大艦橋和復雜艙室的東西，而且宇航員似乎也不用考慮失重的問題。

進入20世紀80年代之后，載人航天技術進一步發展成熟。蘇聯的空間站已經實現了長期在軌飛行。美國的航天飛機則代表了另外一個技術流派。導演們也開始回歸現實，他們知道，那種氣勢恢宏的宇宙飛船，短期內是造不出來的；而人工重力也不是什么奇幻的遐想，用現在的科學原理就能解釋。

所以，我們在20世紀80年代以后的科幻電影中，看到了更多用圓柱形艙段構成的飛船，人工重力靠飛船的自旋來實現。這些飛船有個特點，就是擁有比較大的環形結構，環形旋轉起來，由于離心作用，艙室內會形成重力。描繪火星探險的電影《紅色星球》就體現了這一點。

有些飛船被設計成單環結構，也有一些飛船被設計成雙環結構，兩個環以相反的方向旋轉，就能夠抵消各自產生的扭矩，看起來是真正進行了工程設計思考。

當然，環形飛船這樣的設計完全脫離了地球上飛機或者船舶的艙室的設計概念，因為無論是飛機還是船只，駕駛艙都是放在正面視野最好的位置，如果是環形的人造重力飛船，那么駕駛艙或者主控室都要放在環上?；蛟S到那個時候，人類就需要培養一批全新概念的飛船駕駛員了。

動力

我們都知道，航天發展，動力先行。

在科幻影視中，有些影片會嚴格遵守軌道動力學與航天器設計的基本原理，比如著名的太空災難片《地心引力》，其中絕大部分情節是嚴格符合當今人類載人航天技術的，只有很少的地方做了藝術發揮。作家和導演沒有無端發明任何一種現在還不存在的動力，航天器的動力系統老老實實地接受了運載火箭固體發動機、肼推力器之類的設置。女主角在返回地球的過程當中，先使用航天服上的肼推力器，從航天飛機失事的軌道長途飛行后來到了國際空間站軌道，然后又操縱國際空間站上的俄羅斯飛船前往中國空間站，最后乘坐神舟飛船返回了地面。在整個過程當中，沒有什么發明創造。問題是，這幾種發動機在實際軌道飛行當中，是做不到大速度增量機動的。

還有一些科幻電影相對來說腦洞就要大一些了，導演會設想各種大推力離子發動機，完全超越了當今人類的科技水平。它們不但能讓飛行器在行星大氣層內自由飛行，甚至能夠推動一艘完整的飛船從行星上起飛，進入宇宙空間，然后進入星際航行軌道。航天工程師多年來一直在夢想著，有這樣一種發動機可以投入使用，然而到目前為止還不曾實現。

同樣的設想出現在科幻電影《星際旅行》中。滿載星際移民的飛船，在飛行過程中因為遭到隕石的襲擊，離子發動機的控制系統出現了故障，所以電腦喚醒了男主角，男主角又喚醒了女主角，兩個人一起修好了控制系統，讓飛船在經過了9 0多年的航行之后抵達了目的地。

大推力離子發動機，目前雖然還沒有實現，但還不算太夸張。所以在《流浪地球》當中，作者設想用離子發動機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中，對于離子發動機設想最宏大的一個。

上述航天器動力系統在可預見的將來，通過技術研發，或許有可能把它們變成現實。但是，另外一些動力系統的科幻想象就有些離譜了。

距離真實科學與工程最遠的，可能是迄今為止最成功的航天科幻電影——《星球大戰》系列?！缎乔虼髴稹樊斨?，最值得一看的就是雙方在宇宙中進行激烈空戰的場景。反抗軍一方的X 翼戰機和帝國一方的鈦戰機圍繞著不同的星球，或者是死星這樣的超級空間基地，進行著殊死搏斗。兩種宇宙飛行器輾轉騰挪、左沖右突，似乎完全不把軌道動力學的概念放在眼里。實際上，《星球大戰》當中的宇宙戰機空戰場景完全是按照地球上近距離空中格斗的模式來設計的。如果真的有兩種航天器在宇宙中如此格斗，那么動力系統必須極其強大，能夠隨心所欲地提供各個方向上的速度增量。按照人類目前能夠想象出來的推力器，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《星球大戰》的喜愛。

另外一個容易被科幻影視作品拿來作為題材，卻沒有辦法在今天的航天科學技術當中找到對應動力系統的，就是超光速發動機，也叫作曲率發動機。它最早出現在《星際迷航》當中，因為有了這種超光速的發動機，所以飛船和主角們可以在不同的時空間穿梭，構成了復雜的故事線?！缎请H迷航》雖然從來沒有能夠像《星球大戰》那樣帶來龐大票房和文創市場，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，其靈感主要是從蟲洞理論當中得來的。但是到目前為止，人類還沒有發現一個真正的蟲洞，所以曲率發動機這種東西也就只能停留在科幻當中了。

飆車

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

月球上沒有公路體系，看起來平坦的月面，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。月球上沒有植物也沒有地表水，月壤就那樣松散地堆積著，不會像地球上的沖積平原那樣堅實。沒有人知道，月球車一旦開上去，是會平安通過，還是會陷進去動彈不得？月球上還遍布著大大小小的石頭，并沒有養路班把它們拖到一邊去。我們在這里還沒有討論溝壑、隕石坑一類障礙。最麻煩的是永久陰影區，目前還不知道里面的路況是什么樣，貿然把車開進去，只怕會有些麻煩。

在2015年上映的美國大片《火星救援》中，同樣出現了一個“飆車”場景。男主角被丟在了火星上，不過火星夜間低溫的情況沒有月球那么可怕，而且男主角還擁有核動力暖氣——一個同位素電源。他把這個同位素電源用防輻射材料包裹起來之后，放在自己的火星車駕駛艙里，長途跋涉3200千米。這兩個場景也說明，今后人類無論是開發月球還是開發火星，在外星球上駕車行駛，都是一個剛性需求。比如正常的科學考察和資源開發中，長途行車肯定是免不了的。月球上氦-3廣泛分布在月壤里，它的開采更是一刻也離不開車輛。

正所謂“道路千萬條，安全第一條”，怎么才能保證外星行車安全，是科幻電影尚未深入討論的?！缎乔虼髴稹芳捌淅m集《曼達洛人》回避了這個問題，把星球地面交通都交給了反重力飛船。這似乎離人類太遠了一點。在現實中，人們需要對外星球做充分的勘查測繪，才能考慮行車。另外，美國國家航空和航天局正在考慮在月球和火星軌道上建立類似于GPS 的衛星導航體系，這樣就有希望實現自動駕駛。無論是獨孤月還是馬克，都可以把行車的事情交給電腦，不用打著哈欠在方向盤前堅守了。

制導導航控制

多數科幻影視作品都不會討論具體的制導導航控制方式。在這些影片中，默認的設定就是，人類已經知道每一個天體的精確位置，想去哪里，直接把坐標輸入就可以了，就像在地球上用導航儀開車一樣。在一些影片中，會出現飛行中途切換目的地的情節。駕駛艙里的人們也只是在電腦上簡單操作一番，就把一件如此復雜的事情搞定了。

近些年，也有些科幻電影把裸眼3D 投影技術引入了場景，把星際導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撥去，操作起來似乎非常簡便。今后在工程實踐上，會不會真的采取這種導航控制方式，也很難說。

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，外星工程師聽說有個地方叫地球，適合自己的種族生存，就立刻啟動飛船導航系統。這是迄今為止，所有科幻電影中最具有創意的導航系統。外星工程師按動電鈕，控制臺上跳出了一個天球，里面用3D投影技術顯示了宇宙里的各個星系和星球。他用一個望遠鏡式的東西，在天球里找到地球，鎖定之后，就啟動飛船向目標飛去。

科幻影片之所以對制導導航控制方式這樣忽視，主要是因為這個方面的情節并不是很容易出彩。多數工作都在計算機內部，依靠枯燥的公式和數據來自動完成，既不能體現主角的神勇，也很難打動人心。所以，《普羅米修斯》當中的場景設計，算是非常有創意了。

《機器人總動員》中對飛船制導導航控制系統做了一番

制導導航控制“歡快”的描述。當新任艦長決定帶所有人返回地球、重建家園的時候，機器人助手竟然跳出來反對，說按照自己的程序設定，不能返回地球。艦長和機器人做了一番搏斗，才拿回了飛船的控制權。

武器

戰爭是航天科幻作品當中無法繞開的一個主題，飛船之間的激烈戰斗，比其他類型的情節都更容易吸引觀眾，從而帶來轟動性的票房。

在太空里人類該用什么東西來打仗呢？或許大家會脫口而出，當然是用激光。

其實激光也不是那么容易用的東西，目前即使在地球上，想用激光來擊毀某個目標也并不是很容易。美國海軍新近裝備的艦載激光器，即使用艦艇的強大供電能力，也只能在幾千米的距離上擊毀小艇、無人機之類的小東西，要想擊落對方的導彈甚至攻擊軍艦，還只是一個夢想罷了。

在宇宙空間，作戰雙方航天器之間的距離要遠遠超過地面戰場，相距幾千千米甚至上萬千米，都不是什么新鮮事。在這么遠的距離上，激光必然會發生散射，命中點光斑上的能量會被嚴重削弱，很難起到殺傷作用。

但是這并不能夠阻止導演們安排宇宙戰艦用激光互相射來射去。特別是在電影《星球大戰》當中，激光炮打出來的光線并不是一段射線，而是曳光彈那樣一段一段的。目標被擊中之后并不會被燒出一個洞來，而是像被炮彈打中那樣當場就爆炸了。

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，當它發射出來以后，如果沒有被什么東西擋住，就會射向無限遠的地方?？墒怯捌械募す鈩?，卻能夠形成一個1米多長的光柱，就像噴出來的火焰一樣。雖然從《星球大戰》上映的第一天開始，物理學家和光學工程師就發現了其中的不合理性，但是誰也沒有為此指責《星球大戰》這部電影，因為它給人們帶來的視覺享受實在是太特別了。

在太空戰爭類型的電影中，導彈也是常見的兵器。但是多數影片沒有對太空導彈做詳細的設計，《無垠的太空》中，太空導彈和地球上的導彈一樣，是細長圓柱體。其實在沒有空氣的太空里，導彈更應該設計成反導攔截器的樣子。更早的科幻電影《第五元素》里，索性就放棄了對導彈的描繪，只是將其簡化成顯示器上的光點罷了。

時空

在諸多航天科幻作品中，非常吸引人，卻又距離實際物理學很遠的一種設置，就是時間旅行。因為宇宙的尺度很大，所以一旦實現了超光速飛行，人類是有可能進行時空穿梭的。然而這只是一種還沒實現的可能性。

《星際迷航》可能是第一部大規模引入時空旅行概念的影片。時空旅行是根據所謂蟲洞理論提出的，這個概念認為，宇宙中可能存在連接兩個不同時空的狹窄隧道。這比宇宙間的遙遠距離更讓人疑惑：在不同的時間當中穿梭，人類的現有邏輯方式不就全亂套了嗎？ 當然，這也給了劇作家和導演發揮想象力的更大空間。

《星際穿越》同樣講述了一個時空穿梭的故事。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下的時間扭曲問題。這為人們展示了一種可能性：只有通過宇宙飛行，才能充分理解相對論，揭示時間和空間的本質。不過這種類型的電影往往比較“燒腦”，除了專業物理學的研究者，其他人就算是對時空問題有所研究，也要在觀影之后，坐下來計算研究一番，才能理解劇情變化。因此，這類電影往往是叫好不叫座兒，只能靠長尾效應來贏得票房收入。

在太空吃飯

無論何時何地，吃飯都是頭等大事。多數科幻影片把吃飯問題一帶而過，或許是因為太空生活不易，沒條件太講究美食吧。影片中，角色們在吃飯時大多是端著一個多格餐盤，里面裝著各種不同顏色的糊糊。比較有創意的，是新版《星際迷航》的劇集版，為艦長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，卻認認真真討論了太空中的食物問題。一部是著名的《火星救援》。電影中，被丟在火星上的馬克發現留下的糧食只夠吃一個月的，所以他設法制造了水和肥料，在火星上種了不少土豆。

當然，人類要想在太空里長期生存，食物的種類、營養價值、新鮮度都要有保證，太空農場是必須要有的。在另一部電影《星際穿越》的結尾，人類逃離了環境失控的地球，在太空中建立了居民點，也采用人工重力的原理，用一個巨大的滾筒建成了世外桃源，農田就貼著滾筒的內部建設起來了。

當然，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《機器人總動員》當中，因為地球上的環境污染嚴重，人類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。人類在度假飛船里享受著機器人的服侍，衣食無憂，從船長到居民，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。