汪诘:科幻广播剧

11-答太阳帆船如何减速?


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我的科幻广播剧《太阳帆》播出后,收到的最多的问题就是“太阳帆船”到底如何减速呢?在广播剧中,孙教授只是简单说了一句与海上帆船的原理差不多,没有做更多的解释。实际上,在我写小说的第一版中,我是给减速的原理做了大量的解释,但是最后我又删除了。因为毕竟这还是一个科幻小说,不是科普文章,这样大段大段的技术阐述会大大降低广播剧的节奏感,肯定会丢失很多听众,毕竟,真正关心这种技术细节的听众还是少之又少的。所以我最后决定删除,一笔带过。


但是在我的听众中,对此好奇的人真的不少,很多人都来私信质疑太阳帆船能够在太空中不借助燃料减速。那么,今天这期问答,我就来详细说说这个问题。


在解释这个问题之前,我们要先建立一个基本概念,任何在太阳系中飞行的物体,都会受到太阳的引力牵引,因此,只要物体的飞行速度不超过第三宇宙速度,那么,这个物体的飞行路线最终一定是围绕着太阳的一个闭合的椭圆形,你可以想象成一个长周期彗星的轨道。好了,有了这个基本概念后,你就会理解,太阳帆船在飞向火星的过程中,它走的飞行路线可不是像太阳射出来的光线那样,直指火星。而像是太阳甩出来的一根抛物线逐渐远离太阳,和阳光的方向始终有一个夹角。


现在,我们假设有一艘太阳帆船是沿着这样一条路线飞行,你可以点开本期文稿,看一下示意图:




我们姑且把沿着这条路线飞行的太阳帆船称之为沿着“西北”方向飞,这没毛病吧?在宇宙空间中,方向都是对称的,没有什么方向是特殊的,这也好理解吧。那么,现在我们假设有另外一艘太阳帆船是沿着“东北”方向飞的,我也画了一张示意图:




这是不是也没有毛病,你总不至于认为太阳帆船只能沿着某一个固定的方向飞吧。好了,下面就是关键点了,请你想象一下,有一艘向着“西北”方向飞的太阳帆船,它把太阳帆与太阳的相对角度调节到与向着“东北”方向飞的那艘太阳帆船一致,会发生什么情况?我也画了一张示意图,帮助你理解,可以点开本期文稿查看:




这时候,这艘太阳帆船的速度方向依然是“西北”,但是加速度的方向却逆转成了“东北”,所以,对于这艘太阳帆船来说,实际的效果就是减速。速度和加速度都是一种矢量单位,它们都是有方向的。有些同学在一开始思考这个问题的时候,容易掉进一个很麻烦的坑,就是去画太阳帆的受力方向和运动方向,这当然最终也能得出正确的结论,但是过程会很绕,一不小心就掉进坑里出不来。而用我上面这个思路,你不要去考虑太阳帆朝向哪里,你只思考比这个更基本的原理,这样就容易理解多了。


还有一位听众想不通另外一个问题,太阳帆船在太空中飞行的时候,它的动能是始终在增加的,这没有错。如果减速,就意味着动能减少了,那么根据能量守恒定律,这部分动能必定要转移到其他物质上。如果是一艘有燃料的工质飞船,很好理解,飞船的动能转移到了喷射出的工质上了。但是,太阳帆船这些减少的动能跑到哪里去了呢?答案是动能转移到太阳风了,准确地说是转移到太阳吹出来的那些有质量的粒子上去了。


另外,我这里需要特别说明的是,太阳帆实际上一个比较模糊的统称,如果按照工作原理来分的话,其实应该分成三种。第一种叫光子帆,它利用光压来驱动;第二种叫电动帆,是利用太阳风中不带电的质子流来驱动;第三种叫做磁化帆,它利用太阳风中的带电粒子流来驱动。这三种帆的工作原理是不同的,能够从太阳光或者风中获得的推力也是不同的。我的这篇小说有意模糊了太阳帆的概念,我隐含的意思是,小说中的太阳帆船可以同时利用这三种效应来驱动,这也是为什么太阳耀斑爆发可以让印度队获得额外动力的原因。当然,现实世界中,不管是日本还是美国的太阳帆实验,都是只能采用其中某一种驱动方式,无法实现混合动力。但科幻嘛,就可以想象的大胆一点了。


世界上第一艘成功发射的太阳帆船是日本在 2010 年 5 月发射的伊卡洛斯号(Ikaros),这是一艘光子帆飞船,帆的面积是 200 平方米,飞行速度到达了 100米/秒,也就是时速 360 公里,跟高铁差不多。


美国宇航局也在 2010 年底试验了一种太阳帆,代号是纳米帆-D(NanoSail-D),这个帆就更小了,面积只有大约10平方米,携带的航天器重量大约4千克,是在地球近地轨道上测试的。当时,美国宇航局为了引起公众的注意,还特地举办了一次摄影比赛,奖金 500 美元,鼓励大家在地面上拍摄近地轨道上展开的太阳帆。我给广播剧下集的封面用的就是这张太阳帆的设计图。


不知道大家能不能从小说中推算出来我给这次比赛设定的大致时间,其实,我在写这篇小说的背景设定时,我设定的比赛时间是 2049 年,也就是中华人民共和国成立 100 周年的时候,所以,我必须让中国队赢啊。


在做今天的这期节目之前,大家在广播剧下面的留言我全部都浏览了一遍。我捡几个有代表性的留言谈谈我作为作者的一些想法。很多人都提到了这篇小说听上去有点主旋律、正能量,似乎有点那种厉害了我的国的味道,这种感觉好像也引起了一些人的不悦。这我完全可以理解,因为我本人其实也比较反感大跃进和放卫星的,有时候看到官媒过分夸大我国的科技成就,也会起些鸡皮疙瘩,因为有科学精神的人都是有求真精神的人,喜欢实事求是。但是,大家别忘了,我这篇小说是一篇科幻小说,描写的是未来的事情,科幻小说只是在展现未来的某种可能性。回想一下 30 年前的中国,我们为什么不敢想 30 年后的中国能够成为科技第一强国呢?换句话说,这篇科幻小说只是代表了我个人的一种美好愿望,并不是在吹捧我国现在的科技实力。

还有好几个留言都谈到了最后的着陆似乎不太可能,或者说缺少一些细节。这里我补充一下,在我写第一稿的时候,我在太阳帆折叠以及二次展开方面是花了不少笔墨的。在我的设想中是这样,太阳帆先是收缩折叠成一个圆锥形,就像蚕茧一样包裹住太空船,大头朝着火星,可以绝热,也可以起到部分减速的功能。到了火星上空 2 万米的时候,太阳帆以非常快的速度再次展开成降落伞的形状。我先是把这部分解说放在了孙教授的台词中,但又觉得实在太啰嗦,就又改为了旁白。但是,左看右看,还是觉得这个地方如果出旁白,势必要渐弱背景音乐的音量,这就会让那种高潮的感觉降低,有让听众出戏的风险。因此,最后权衡利弊,还是删除了这块的细节描写,就逼着五月用音效来帮我搞定。最后这段高潮,五月快被我折磨死了,让他一遍一遍地修改,bgm 不知道换了多少首。最后的效果我还是很满意的,很有画面感,我自己听了不下 10 遍,还没听腻呢。顺便说一句,五月的那种执着精神真的也是没谁了,为了给加布洛夫和日尔科夫穿宇航服、减压、打开舱门、出舱这几个动作找合适的音效,五月说单单是一个减压的音效他就找了 3 个小时,才终于找到一个合适的。我记得上一部戏,五月为了一个摔杯子的音效,自己真的摔了三个玻璃杯才满意。


还有一位听众说这部小说中,中国不遵守传统规则,重新解释规则,还让原本的规则没得说,这个世界观不高级。对此,我是不太同意这个观点的,首先,小说中至少有两次明确提到,大赛的规则定的是飞船与火星的距离保持恒定算做抵达终点。这个规则用这么绕口的方式来制定,本身就已经说明了,规则的制定者相当于是明确告诉了所有参赛国家,要么泊入火星轨道,要么就着陆,这根本就不存在别人想不到,就中国人想得到的问题,这又不是什么很绕弯子的事情,太容易想到了。在小说中,印度队的阿米尔不暇思索地就说:难道他们想在火星着陆。我写这句话就已经在告诉观众,着陆这个选项是人人都知道有的。并且从大赛规则的制定者来说,还鼓励这种方式。因为这个比赛的最终目的是为了促进人类宇航技术的发展,着陆显然是要比泊入轨道更加困难,也吃力不讨好的行为,要知道火星同步轨道距离火星还有 2 万多公里呢,换句话说,要着陆,不但要冒着坠毁的风险,还要多飞 2 万多公里。这根本不是什么取巧,这是迎难而上。我相信,如果这种事情真的发生,全世界没有人会认为中国人是在取巧,只会为中国取得的科技成就点赞。这就好像马拉多纳明明可以远射破门,但他偏偏选择了绕过守门员,将球带入球门,如果你看到这样的比赛,会苛责马拉多纳是取巧吗?取巧的前提是,你做的那个行为没什么技术含量,我们只要想到了也能做,那才叫取巧,中国队的这个胜利方式那是标标准准的靠实力取胜,何来的巧呢?


还有听众留言问,美国人怎么才能把加布洛夫给救上去。限于篇幅,我在小说中就没有详细描写救援过程,只是虚写了一下。实际上,我当时构思小说的时候,也是仔细考虑过救援的过程的。我设想的过程是这样,首先,美国队要精确测定加布洛夫的飞行速度,然后把自己飞船的飞行速度尽可能地控制到比加布洛夫稍快一点点,让飞船相对于加布洛夫缓缓飘过。因为飞船和加布洛夫都没有动力,所以这种营救机会只有一次成功才行,错过了就永远错过了,因此是非常非常困难的。然后,美国队需要有一名宇航员系上缆绳,穿上宇航服,提前出舱,当然,如果把宇航服描写的有一点点动力会好一点,但也可以写成宇航服没有动力装置,这也合理,因为比赛用的太阳帆船要尽可能减少质量。不管怎么说,美国人要提前出舱,张开双臂,在飞船飘过加布洛夫的时候,一把抱住他,然后再拽着缆绳慢慢回去。注意,只有一次机会,假如没抱住,飞船是不可能再掉头了。在太空中可不是在水中,还可以游一把,指尖一旦分开,那就是只能眼睁睁地看着分开了,不论你怎么动都没用的。当然,这里如果想写的戏剧性一点,其实也可以玩一点小花招,比如,让加布洛夫在自己的宇航服上扎一个洞,通过放气来获得一点点动力,让分开的手再次抓住,当然,如果气放光了还没抓住,人也就死了。如果拍电影的话,想让观众屏住呼吸,制造紧张感,就可以这么写,在千钧一发之际,终于回到了飞船船舱。


我看还有人质疑说,太阳帆船不可能多设计一个人的座位,怎么能挤进三个人。这个就真的是多虑了,在这种生存还是死亡的极端情况下,飞船中硬挤进一个人不是什么不可以想象的事情。看过冯小刚的电影《手机》吗?一辆五人座的轿车不是硬挤进去 12 个人吗?飞船再怎么节省空间,也不可能一个人的空间也多不出来的。其实,连食物和水都不是什么大问题,2个人的食物分给3个人吃,是饿不死的。真正的大问题 是我在小说中提到的,2个人的氧气3个人用,这才是大问题,因为人类无法控制氧气的消耗量,所以,我才需要让他们去找最近的太空坞寻求救援。


好了,不管怎么说,都非常感谢大家提出来的宝贵意见,吐槽和被吐槽其实都是蛮有乐趣的,写科幻就是开脑洞,幻想的本来就不是真实发生过的事情,有槽点我觉得很正常。说实话,我自己还没看过哪篇科幻小说在逻辑性和科学性上都是完美的,总能找到一些槽点的。你们替我找bug,我尽量去补漏,这种攻防是一种很有意思的脑力游戏,我也乐此不疲。同时,你们的这些意见也可以帮助我完善这篇小说,说不定,还真有哪个影视公司看上这篇小说,愿意拍成科幻电影呢,那就更需要在意各种细节了。



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汪诘:科幻广播剧By 科学有故事


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