太空电梯冰盾 隔热又坚固？科学顾问眼中的《流浪地球2》科幻设定

《流浪地球2》最近放了几个内部观影，有幸看了，科幻很硬，科技元素很多。有时间再慢慢写，现在写太多也容易剧透。今天继续解读一点点流浪地球2中扔出来的一个概念

几天前参与了某站《科幻与科学碰撞》的对话节目，几个科学家与流浪地球2的主创人员见面，气氛很好。其间郭帆导演问我：我想请教一下，我电影里以前设想了冰盾的概念，太空返回地面都会与空气摩擦生热，以前返回都是用隔热瓦，只能用一次。如果电梯返回大气时先喷出大量的水结成冰，形成保护的盾牌。当轿厢在空气中摩擦生热冰盾可以吸热蒸发，这样可以保护电梯。这个想法是不是可行。

上升时的太空电梯轿厢使用喷火和电磁两种动力复合

我明白郭导的意思。太空中不是冷吗？零下两百多度，水放出来立刻结成冰，然后在下降时吸热蒸发带走热量，又经济又省事，这不两全其美吗？

我犹豫了一下，说当我喜欢一个孩子的时候不愿指出他的瑕疵。。。

我的意思是郭导的用意非常令人敬佩。他使用冰盾的概念同时致敬了两位伟大的文化人。一个是著名科幻作家克拉克。克拉克在他的宇航系列小说中设想了一个太空船，为了抵御迎头撞击的陨石，在飞船前构建了很厚的冰盾。这个想法很有意思。一方面水很柔软但一旦结冰却十分坚硬。

我们日常有很多经验，零下二三十度的东北湖上斧子一敲一个白印。而北京颐和园上的冰如果冻到一米厚，就很难弄开。每年黄河河套冰封，那可要出动轰炸机炸开的，否则就会出凌汛。如果温度继续下降到零下五十度以下，其莫氏硬度（坚硬程度的量度）可以达到5~6，媲美钢铁。钢铁在那个温度反而会变脆，如果作为防护，可能还不如冰。更美妙的是，太空很冷，如果部分防护用的冰盾撞击发热裂开并融化，那么撞击后会自动冰冻，把裂缝封上。有自修复能力。克拉克的想象力不可谓不丰富。郭导在影片中向科幻前人致敬令人赞赏。

另一个被致敬的是马尔克斯。马尔克斯有部伟大的文学作品叫百年孤独。开篇说到“冰块，是我们这个世界最伟大的发明”。这里的冰块实际指代的是科技。马尔克斯这个小说背景是拉丁美洲。常年炎热，很少有冬季，更不要说见过冰块。夏虫不可语冰，而炎热的拉丁美洲人赞叹冰，与我们现在夏天有人赞叹空调是世界上最伟大的发明一个意思。

对拉丁美洲人民来说，冰块是改变世界的东西。代表了科技

拉丁美洲见到的冰原理其实与我们明清时代的冰箱没有太大区别，冬天湖上采冰放入冰窖，夏天取出沿街叫卖。有钱人家买回家去放入柜子，柜子里的西瓜，冷饮就会变得冰冰凉。但这里面的跃进是跨域整个美洲大陆把冰冷的美国东北部马萨诸塞州的冰运到炎热而不认识冰的拉丁美洲。这彻底的改变了拉丁美洲人的认识。为了开辟这条商路两个波士顿的小伙子差点破产。冰是一个科技的指代。我们这个时代的‘冰“是什么呢？什么科技在十年间彻底改变了我们的生活方式？

红线是冰跨越大半个北半球运送到热带的商路想象图

面对这样的处事态度，我们还如何忍心再说什么呢？一个好的科幻片，人文部分做好了，科幻部分做认真了，人们会更容忍其中些许的不合常理。星球大战，星际穿越，在科技工作者眼里都有很多经不住推敲的地方。

但既然是科普栏目，还是要假装严肃的讨论一下冰盾在太空电梯下降里的作用。首先，流浪地球2考虑的大气摩擦生热的问题确实是存在的。我们迎风奔跑，会感到风不但压在我们脸上，还把一切没系牢的东西吹得剧烈抖动。我们这时候体感是凉的，因为这个速度下风带走我们体表散发的水汽使我们体温下降。但如果这个速度提高十倍几十倍，比如跟声音一样快（速度达到一马赫），风在我们体表产生的剧烈抖动变得微观并且剧烈，这种微观和剧烈的抖动就是热的本质。我们会被空气“摩擦“生热热。

如果这个速度达到二十倍声速（二十马赫），也就是我们电视上看到的神舟飞船返回地球时的那个速度，摩擦生热的温度可以达到上千度，钢铁都会被烧红。所以神舟飞船需要防热大底保护。我们的东风洲际导弹的弹头之所以设计成钝型的，实际上也是考虑洲际导弹速度超过十倍声速（十马赫）时的散热问题，免得里面的核武器还没抵达目的地就烧坏了。

那么流浪地球2中使用冰盾是不是一个好的技术考虑，取决于电影设定中太空电器的上下速度。太空电梯连接的太空站距地面近四万公里（不可能更近，可以参看我前篇科普，天地间最高的建筑 太空电梯），差不多与地球周长相当，乘坐亚音速的飞机要差不多两天的时间。太空电梯下降速度要是和飞机差不多，那不需要冰盾。但如果天地往返时间缩短，电梯速度达到两倍音速，三倍音速，四倍因素。那散热就需要考虑，但问题又不如导弹那么难处理。用冰/水的话，无论是比热容，还是熔解热，汽化热，都是传统物质中很高的。通俗的说，用冰/水体系吸热非常高效。所以科幻电影用冰盾，无可厚非。

郭帆导演对“科学没否定科幻“大舒了一口气。在整个访谈过程中郭帆导演一直在给科学工作者让座，让我们坐C位。这种始终谦逊的态度让人感到郭帆的成功不是侥幸得来，他的尊重一定获得了很多人的尊重和支持。流浪地球系列电影的改编成功，几千人的大团队的团结奋斗绝不是大风刮来的。

文章最后再安利一个知识点。地球表面附近海拔每上升一千米温度大约下降六度。我们并不需要达到太空站的真空就能使水结冰。实际上平时看到的云雨大都在十公里以下的空间。最高空是冰晶，中间是水滴，下面是蒸汽。流浪地球2提到的高空结冰低空融化的过程每天都在发生，高空的冰受重力影响下降，遇到温暖的空气融化，继续下降蒸发掉变成蒸汽，重新上升，周而复始。这种稳定的循环如果被打破，就会降雨降雪，不幸的时候大块的冰掉下来，就是冰雹。你看，《流浪地球2》的太空站不都掉下来了。。。

太空站从天而落

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