《流浪地球2》中的黑科技距离我们还有多远

喷出冲天蓝光的行星发动机、能够洞悉一切的量子计算机MOSS、直达星空的太空电梯、五花八门的工程机器人和外骨骼……今年年初，《流浪地球2》为我们带来的，不仅是硬核科幻的重工业美学感受，更有超现实的场景、顶级的剧情、炫酷的视觉特效，还有堪称国内科幻片“天花板”的科幻设定，以及小到个体、大到人类集体的细腻情感。这部影片，即便在科幻电影界也是妥妥的“六边形战士”。

太空电梯

如果说庞大的行星发动机尚处于纯粹的科幻阶段，那么《流浪地球2》中同样给观众留下深刻印象的太空电梯可并非无根浮萍。太空电梯的概念起源于1895年，距今已有128年的历史。当时，被誉为“航天之父”的俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基率先提出了这个概念，他的想法是在地球静止轨道上建造一个太空城堡，并用一根缆绳将地面与太空城堡相连，实现太空运输。

这个想法引发了广泛关注，并被写进了多部科幻作品中，其中包括英国作家阿瑟·克拉克在1979年发表的科幻小说《天堂的喷泉》。在刘慈欣的作品《三体》中，也有对太空电梯的详细描述。

影片中太空电梯的原理其实并不复杂，就是利用一条高度稳定的索道，将载人舱或载货舱沿着索道从地球表面升至太空轨道，或从太空轨道降至地球表面。

太空电梯的上升部分采用分段式布局：在地面，使用推进器推动，通过8根缆绳牵引，时速可达200千米；抵达预定高度后，转为磁力抓取，如同正常电梯那样继续上升，到达36000千米高的空间站后进行对接。在电梯下降返回地球时，为了应对穿越大气层时的摩擦生热，电梯舱会在底部注水形成冰盾，避免舱室与大气层直接摩擦。

在科学家们最初的设想中，太空电梯是从地面开始一点点搭建起来进入太空的。目前世界上的最高建筑，是位于迪拜的哈利法塔，高度为828米，连36000千米的零头都算不上。而且建筑越高，地基也相应要越大越深，如果真的从地面开始建造太空电梯，它的地基恐怕整个地球都放不下。既然不可能从地面搭建，那逆向思考一下，从同步轨道卫星上降下一根缆绳，在地面固定，不就有了太空电梯的运行轨道？正是这样的逆向思维，使得太空电梯显得不那么镜花水月。

最核心的问题是，连接地面与同步轨道卫星的缆绳究竟该采用什么样的材质？缆绳实际上并不是静止状态的，而是随着同步卫星一起在高速转动，所需的巨大向心力可能会超过材料的抗拉极限，导致缆绳自己把自己“甩”断。

除强度外，缆绳的材料还需要具备低密度、能快速制造、成本合理等特点，材料的导电性、导热性等也需要考虑。根据公开报道，目前最接近太空电梯缆绳材料要求的是碳纳米管。这是一种由碳原子组成的管状结构纳米材料，是已知的理论上力学强度最高和韧性最好的材料。理论上来说，我们能够在实验中合成的碳纳米管的抗拉强度可以达到200吉帕斯卡，甚至，对于具有理想结构的单壁碳纳米管而言，其抗拉强度可以达到800吉帕斯卡。可是由于制备工艺的限制，自1991年日本科学家饭岛澄男发现并命名了碳纳米管后，实际能够制备的碳纳米管长度只有几毫米，且存在大量结构缺陷。直到2013年，清华大学化工系教授魏飞的团队成功制备出了单根长度超过半米且具有完美结构的碳纳米管，才让太空电梯的实现看到了一点希望。

当然，即便在未来能解决缆绳的材料问题，太空电梯的建造依旧充满着各种挑战和变数，但这并不能阻碍我们对其进行不断的研究。毕竟太空电梯一旦建成，也许会成为人类太空探索史上最令人震撼的转折点。

量子计算机MOSS

《流浪地球2》中，量子计算机550系列的戏份之多足以媲美电影中的主角，它出现在几乎所有的关键场所和情节中，被称为“流浪地球”计划得以成功实施的关键。

关于量子计算机的原理和构成，本文不再赘述，感兴趣的读者可以查阅相关资料。目前量子计算机已经走向产业化，各个大国也都对量子计算机领域投入了大量的支持。2021年，IBM和德国合作建造的拥有27个量子比特的量子计算机，在德国巴登-符腾堡州正式投入使用，成为欧洲最强大的量子系统。同年，合肥量子计算企业本源量子的“悟源”24比特超导量子计算机也交付用户，量子计算机商业化应用已进入倒计时。

随着量子比特的数量增加，研发难度也会随之飙升。并且目前量子计算机本身有着很大的局限性，只有在特殊的运算中才能发挥出远超传统计算机的性能。但或许随着商业化普及，量子计算机的发展会迎来大爆发。

门框型机器人、外骨骼

门框型机器人不但可以进行身份自动识别，还可以根据不同任务，搭载不同设备模块，再配上自主的人工智能系统，具备执行安检防护、治安巡逻、特种救援支持等多种能力。在其他科幻电影中，机器人的设定不是模仿人形就是各种稀奇古怪的样貌，而门框型机器人的出现为我们打开了新的思路。

虽然门框型机器人何时能够出现还暂无定论，而圈粉无数的机器狗“笨笨”，其原型四足机器狗已经进入应用阶段。无论是在军事、救援、商业等领域，我们都能看到四足机器狗活跃的身影。相较于“笨笨”，欠缺的是一套拥有情感的人工智能系统。

此外，我们还可以在《流浪地球2》中看到各式各样的高科技外骨骼，实际上，这种外骨骼已经不仅仅只出现在电影中，现实中，外骨骼装置已经在多个场景中展开了落地生产与应用，甚至连全身外骨骼也在小规模批量生产中，相信不久的将来，我们就能够在市面上看到它们的身影。值得注意的是，就在《流浪地球2》上映前不久的1月19日，工业和信息化部等十七部门印发了《“机器人+”应用行动实施方案》，其中也明确提到了对发展外骨骼机器人的支持。

正如刘慈欣所说：“如果放到30年前，《流浪地球2》是拍不成的，因为不可信，中国怎么会有宇宙飞船、太空电梯？但是现在却不会有这种感觉，每时每刻的中国变化，让中国的未来充满吸引力。”