流浪地球2里太空电梯的科学过于硬了

ddddxxx · 发表于 2023-2-2 13:54

本帖最后由 ddddxxx 于 2023-2-2 17:37 编辑

太空电梯的视觉效果不用我再吹了，但是它的科学部分给我的震撼甚至不输于视觉部分！

实际上一刷的时候我看到太空电梯使用火箭推进，心里是隐约有不满的。如果轿厢自己推进升空，还要缆绳做什么？后来看到中科院顾问和剧组的态度回过味了，拿出笔算了一下：轿厢只提供竖直方向推力，用引力和向心力的差值对高度积分可得轿厢做功。同时轿厢角速度不变，线速度随高度增加，上下动能作差可得总功。公式就不列了，直接说结果。太空电梯升空主要由缆绳提供切向拉力，轿厢自身只需要克服一个非常小的径向分力，二者相差一个数量级以上。相比火箭，太空电梯可以节省95%以上的燃料，以及推进这些燃料升空所消耗的燃料。轿厢使用的小推进器实际上非常符合科学。

这个计算完全颠覆了我对太空电梯的认识，曾经我是把太空电梯当成曲率引擎一样的麦高芬，忽略科学拥抱作者设定的。现在太空电梯对我来说是完全可行的技术，只差材料学突破了。我也无法像以前一样看待其它作品中的太空电梯了。比如2019年的电影星际探索，太空电梯居然是刚体，就是个超高的塔而已，受力分析完全站不住脚。

但这不是在夸球2。我觉得过于硬的科学已经影响到艺术表达了。虽然算可行性验证很爽，但是我在电影院里不可能当场掏出纸笔来算。绝大部分观众也不会去算这种事。违反人类物理直觉的结果就是出戏。我已经看到很多人对太空电梯有疑问甚至质疑了。就算不质疑，观众也不能立刻看出设计的精巧之处。比如古筝行动用片状纳米材料垫在柱子和纳米丝之间，我会说细节设计得好。但是太空电梯缆绳上粗下细，我就说不出什么了。毕竟是唯一正确答案，只剩下无趣的计算而已。

而且计算后也能发现，电影并不是完全科学的。比如空间站坠落，应当是以相对于地面极高的速度坠向东方，而非垂直掉落，显然是向艺术表达妥协。如果空间站直接从头顶飞走，掉进印度洋，震撼的场景就没了。过于硬的科学不仅影响观众理解，还大幅影响剧情设计，到头来还得为了艺术表达而牺牲科学，那一开始把科学设计的那么硬有什么意义呢？

我个人很喜欢硬科幻，但我觉得硬科幻的边际效用是有限的，而球2的太空电梯部分或许已经摸到了这个边界。再增加科学性可能就对电影有害了。

编辑：经潭友提醒我的计算有误，1千克物体上同步轨道动能增加4.7E6，重力势能增加5.1E7。重力势能才是大头。

zyupha · 发表于 2023-2-2 14:10

有点没懂，绳缆的切向拉力和厢的火箭推力不是互相垂直的吗，有相互作用吗

—— 来自 HUAWEI ELE-L29, Android 10上的 S1Next-鹅版 v2.5.4

403权限不够 · 发表于 2023-2-2 14:11

不是你仔细想想，太空电梯的好处不就是有个绳给你慢慢爬吗，区别只是用小火箭推上去还是弄个轮爬绳还是用绳给你吊上去啊，怎么会有自己推就不需要缆绳了的想法…

Headless · 发表于 2023-2-2 14:27

不懂，火箭有什么特征么？是不是飞机的发动机那种性质的东西，加油的

菲特妹 · 发表于 2023-2-2 14:34

不是啊，这稍微动下脑都知道，这里至少省下了维持姿态的那部分燃料消耗啊

strayark · 发表于 2023-2-2 14:36

这种事情(完全不受质疑)，不可能完美。虽然电影可以费时间去解释去让观众觉得合理，但这肯定是有门槛的，如果门槛过高，解释也没用。
既然不可避免，我还是更倾向于郭导团队的这种精神，尽量写实。
可以质疑，但不要瞎否定，这应该成为电影观众的一种基本素质。

—— 来自 Xiaomi MI 6, Android 9上的 S1Next-鹅版 v2.5.2

安姆闲人 · 发表于 2023-2-2 14:38

我完全没有理解和算什么力的知识储备，但线缆这个作用不是一目了然么，纯粹自身推进来回如此频繁那燃料成本多恐怖

remedios010000 · 发表于 2023-2-2 14:45

还有一点没明白的就是，你从一百米吊根绳子下来，绳子都会被风吹的乱晃，那么你怎么把用来拉电梯的不知道几百公里长的缆绳束缚在电梯井内呢

小野賢章 · 发表于 2023-2-2 14:53

remedios010000 发表于 2023-2-2 14:45
还有一点没明白的就是，你从一百米吊根绳子下来，绳子都会被风吹的乱晃，那么你怎么把用来拉电梯的不知道几 ...

同步轨道 36000 公里高，轨道电梯 90000 公里高，空间站位于同步轨道附近，再往上还有配重。

轨道电梯整个系统的重心略高于同步轨道，缆绳是被离心力绷紧的。

下落 · 发表于 2023-2-2 14:54

zyupha 发表于 2023-2-2 14:10
有点没懂，绳缆的切向拉力和厢的火箭推力不是互相垂直的吗，有相互作用吗

—— 来自 HUAWEI ELE-L29, Andr ...

换一个理解方式，以地面为参考系，坐电梯是直着上去，坐火箭由于不会随地球同步自转实际会走一个大弧线，这个过程中火箭的推力假设时刻指向地心，在上升过程中就会变得与【地面发射点的切向】不垂直，缆绳做功应该是代替这部分

洛拉斯 · 发表于 2023-2-2 14:56

其实太空电梯最大的助力是提供环绕地球的切向速度

同步轨道的切向速度是3km左右，地表是400米左右每秒

hsyg · 发表于 2023-2-2 14:57

……绳子太空梯都这么多年了，算是最经典那款。天塔型才是扯淡和难理解，更不说不适合演出。

diodio233 · 发表于 2023-2-2 15:06

反正三体动画版的大伙儿都能看出来科不科学

百猪夜行 · 发表于 2023-2-2 15:07

这应该是电影为了叙事流畅做了很多细节上的裁剪，同时也给爱好者提供后续讨论的空间，比如有个小细节：给太空电梯提供动力的是涡喷发动机而不是火箭，后半段出大气层之后就靠缆索往上拉。涡喷这个细节在电影院里根本看不出来，只有看设定图或慢放才看的出来。

—— 来自 S1Fun

zyupha · 发表于 2023-2-2 15:10

下落发表于 2023-2-2 14:54
换一个理解方式，以地面为参考系，坐电梯是直着上去，坐火箭由于不会随地球同步自转实际会走一个大弧线， ...

哦有点懂了，沿着绳缆发射相比完全靠厢体自己发射，省下了追逐地球自转的那部分燃料是吧

—— 来自 HUAWEI ELE-L29, Android 10上的 S1Next-鹅版 v2.5.4

battleship64 · 发表于 2023-2-2 15:13

其实有点纠结，失重
因为假如按同步卫星角速度，没到同步卫星轨道高度时候，按电梯箱参考系，人受引力和惯性系的非惯性力，惯性力比引力小，人怎么失重啊

论坛助手,iPhone

403权限不够 · 发表于 2023-2-2 15:14

battleship64 发表于 2023-2-2 15:13
其实有点纠结，失重
因为假如按同步卫星角速度，没到同步卫星轨道高度时候，按电梯箱参考系，人受引力和惯 ...

往下掉就失重了啊

battleship64 · 发表于 2023-2-2 15:17

403权限不够发表于 2023-2-2 15:14
往下掉就失重了啊

问题电影里不是拍的是上升么，白人小哥

论坛助手,iPhone

PuRiPuRi · 发表于 2023-2-2 15:19

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Siran_China · 发表于 2023-2-2 15:22

本帖最后由 Siran_China 于 2023-2-2 15:25 编辑

哪来的径向力啊？太空电梯轨道站在同步轨道，与地面保持相对静止，应该不会有径向力才对，除非是有科氏力？

编辑：懂了，地面系实际上是非惯性系，忘考虑惯性力了。

403权限不够 · 发表于 2023-2-2 15:24

battleship64 发表于 2023-2-2 15:17
问题电影里不是拍的是上升么，白人小哥

论坛助手,iPhone

我不知你说的哪段，我印象中失重桥段只有电梯失去控制下坠（还是主动降落？）的时候出现了

KDConan · 发表于 2023-2-2 15:24

物理不太好见谅，意思是不是通俗一点说，轿厢被地球自转带动缆绳拉着甩上去这个力要远大于升空的力？

—— 来自 Xiaomi Redmi K30 Pro, Android 11上的 S1Next-鹅版 v2.5.4

银枪子龙 · 发表于 2023-2-2 15:25

太空电梯本身就是比较有可行性的，主要是材料学还跟不上吧

Siran_China · 发表于 2023-2-2 15:25

对太空电梯相关物理知识感兴趣的坛友可以看看《天堂的喷泉》，顺便可以搜索一下“天钩”。

battleship64 · 发表于 2023-2-2 15:27

Siran_China 发表于 2023-2-2 15:22
哪来的径向力啊？太空电梯轨道站在同步轨道，与地面保持相对静止，应该不会有径向力才对，除非是有科氏力？ ...

电梯没有，箱子有，角速度不变离地球越远不就越快了

论坛助手,iPhone

哈尔摩尼亚N · 发表于 2023-2-2 15:28

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核证 · 发表于 2023-2-2 15:33

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Tring · 发表于 2023-2-2 15:34

KDConan 发表于 2023-2-2 15:24
物理不太好见谅，意思是不是通俗一点说，轿厢被地球自转带动缆绳拉着甩上去这个力要远大于升空的力？[f:091 ...

反了。
是缆绳甩上去的力不足够电梯箱升空，所以需要火箭补这个力。
但是毕竟有一部分甩上去的力了，所以比完全靠火箭需要的推力小。
而且这个差值是高度越高就越小，所以实际上只有地面那一段需要大推力火箭加速。

龙骑士尹志平 · 发表于 2023-2-2 15:34

电梯下落还会给底部喷水，形成冰盾，细节确实满满

remedios010000 · 发表于 2023-2-2 15:36

本帖最后由 remedios010000 于 2023-2-2 15:44 编辑

电影里这东西已经是比较有可行性的方案了，大伙搁这楼里讨论过来讨论过去没准真能找到个更好的方案不成？

按8个G的加速度算这电梯走完9W公里全程也就个把小时，极速拉满到中点直接反向8个G减速，at^2＝9*10^7，总共耗时大约2K秒，用纳米钢缆拉的话，中点速度每秒80KM，上面收钢缆的转盘得转成几千转的硬盘了

药屋大助 · 发表于 2023-2-2 15:39

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Tring · 发表于 2023-2-2 15:39

remedios010000 发表于 2023-2-2 15:36
电影里这东西已经是比较有可行性的方案了，大伙搁这楼里讨论过来讨论过去没准真能找到个更好的方案不成？[f ...

这东西难点只有怎么保证那根主缆不断。
在主缆不会断为前提下的讨论实际上都没触及到现实的问题核心。

403权限不够 · 发表于 2023-2-2 15:42

本帖最后由 403权限不够于 2023-2-2 16:46 编辑

核证发表于 2023-2-2 15:33
是不是搞反了？提升重力势能应该比提升线速度需要的能量高很多才对吧。

而且这样的话配重空间站的线速度就 ...

好像是有点问题

洛拉斯 · 发表于 2023-2-2 15:44

药屋大助发表于 2023-2-2 15:39
b站主创团直播的时候科学家嘉宾说了这个东西没必要

下降速度不是自由落体，进入大气层的时候有几马赫的速度

流球2的电梯不是给平民用的商业电梯，为了提高运载量速度很快

不然靠300km的时速，到同步轨道要好几天

remedios010000 · 发表于 2023-2-2 15:46

Tring 发表于 2023-2-2 15:39
这东西难点只有怎么保证那根主缆不断。
在主缆不会断为前提下的讨论实际上都没触及到现实的问题核心。 ...

结构强度已经用纳米材料玄学过去了

十六夜pad长 · 发表于 2023-2-2 15:47

403权限不够发表于 2023-2-2 15:24
我不知你说的哪段，我印象中失重桥段只有电梯失去控制下坠（还是主动降落？）的时候出现了 ...

有一段，发动机关机并切换电磁抓钩继续提升之后舱内出现失重情况。

我感觉是在切换电磁抓钩之后电梯的加速段已经结束，剩下就是匀速上升段了，那就可以出现失重了。

—— 来自 OnePlus PHB110, Android 13上的 S1Next-鹅版 v2.5.4

瓦格雷 · 发表于 2023-2-2 15:49

zyupha 发表于 2023-2-2 14:10
有点没懂，绳缆的切向拉力和厢的火箭推力不是互相垂直的吗，有相互作用吗

—— 来自 HUAWEI ELE-L29, Andr ...

其实是有的有旋转偏向力垂直向上没左右力的话最后物体会在垂直位置的"西面" 纠正这个就需要空间站给这个物体向东的力

瓦格雷 · 发表于 2023-2-2 15:51

remedios010000 发表于 2023-2-2 15:36
电影里这东西已经是比较有可行性的方案了，大伙搁这楼里讨论过来讨论过去没准真能找到个更好的方案不成？[f ...

加速你可以9G 但是按电影里表现减速是不到-1g的(否则这帮人都要脸贴天花板了)

403权限不够 · 发表于 2023-2-2 15:51

本帖最后由 403权限不够于 2023-2-2 16:00 编辑

十六夜pad长发表于 2023-2-2 15:47
有一段，发动机关机并切换电磁抓钩继续提升之后舱内出现失重情况。

我感觉是在切换电磁抓钩之后电梯的加 ...

想了一下可能也没电磁抓钩给拉力，就是火箭关了之后上抛了一阵就失重了

嵐色羽空 · 发表于 2023-2-2 15:52

我比较在意应该怎么施工

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PuRiPuRi PuRiPuRi 当前离线禁止发言精华 \| 战斗力鹅 \| 回帖 0 注册时间 2014-8-30 头像被屏蔽	发表于 2023-2-2 15:19 来自手机 \| 显示全部楼层提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

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哈尔摩尼亚N 哈尔摩尼亚N 当前离线禁止发言精华 \| 战斗力鹅 \| 回帖 0 注册时间 2019-8-4 头像被屏蔽	发表于 2023-2-2 15:28 来自手机 \| 显示全部楼层提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

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核证核证当前离线禁止发言精华 \| 战斗力鹅 \| 回帖 0 注册时间 2023-1-23 头像被屏蔽	发表于 2023-2-2 15:33 \| 显示全部楼层提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

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药屋大助药屋大助当前离线禁止发言精华 \| 战斗力鹅 \| 回帖 0 注册时间 2011-4-2 头像被屏蔽	发表于 2023-2-2 15:39 来自手机 \| 显示全部楼层提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

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