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科幻电影中的宇宙飞船设计

《科普创作》

程昱 冯志刚 章人之

2018-04-17 18:36

宇宙对于人类来说一直是神秘未知的, 而未知也正是科幻的魅力所在。因为未知, 我们可以自由地畅想将乘坐怎样的交通工具 去探索、冒险、战斗和发掘。一百多年历史 的科幻电影中,出现了无数充满奇思妙想的 宇宙飞船设计。每一艘飞船都承载着设计师 独一无二的冒险精神与浪漫情怀。

1902年,在乔治·梅里爱(图1)的脑 中,把人装到一个巨大的炮弹里一炮轰到月 球上去是合乎情理的。在那个时候,梅里爱 使用手工制作的模型和富有创意的拍摄手法 制造出科幻色彩的影像。


图1乔治·梅里爱

德国导演弗里茨·朗在1929年的《月里嫦娥》中设计了飞船“弗里德”号。“弗 里德”号的超前预见性在于它使用了三级推 进模式发射,片中对于火箭发射的细节刻画 也启发了后世的科学家。

在发端后近半个世纪,科幻片才在20世 纪50年代跻身好莱坞主流电影类型之一。科 幻片中的宇宙飞船造型也变得更加丰富多样。

1951年的《地球停转之日》(图2)中, 我们看到了最原始也最经典的飞船造型,它 像一个碟子,最纯粹的碟子,没有多余的零 件设计,外表好像很光滑,有着装饰派艺术 的简单风格。设计师为了使飞船放下阶梯的 画面看起来更加顺畅自然,在船体与阶梯的 交合部分加入了大量的润滑剂,想要营造一 种“无缝连接”的未来感。


图2电影《地球停转之日》

那时常常出现的造型还有1977年《黑 星》中尖头滑翔翼一般的飞船。“黑星”号 的设计师罗恩·科布不仅是一名漫画家,还 是NASA的官方美术设计师。

电影《2001太空漫游》(图3)中的“发 现”一号是第一个给人们留下深刻印象的宇 宙飞船。它的实体模型长达16.46米(54英 尺),为了满足长镜头的拍摄需要,制作组 还做了一个稍小的4.572米(15英尺)模型。 飞船内部有一台用于产生人工重力的巨型 离心机,这台机器有30吨重,由第一次世 界大战时期的大型军火、船舶与飞机制造商 Vickers-ArmstrongsLimited建造,耗资75万美 元。影片后半部中,宇航员乘着这艘庞大的 飞船飞向木星。飞船内部的设计,现在看来 依旧令人惊叹。库布里克对于逼真感的要求 使飞船设计的工艺达到了对于细节极其考究 的程度,将过去单薄平面化、执著于金属感 的外形设计打破,更加立体的造型设计成了 宇宙飞船的新美学。


图3电影《2001太空漫游》

除此之外,库布里克也非常注重飞船的 科学实用性。“发现”一号能够通过自转形 成人工重力,这样可以有效避免人体骨骼中 钙质的流失。在太空中如果没有人工重力的 话,血液无法良性循环,骨骼和肌肉会因失 重而失去自身的支撑能力。比如一个20岁 的人在太空中飞2年,骨头的密度就会相当于一个七八十岁的老人。“发现”一号是核 动力驱动,是有核辐射的,所以人的居住舱 才设计在最前面,核反应堆在最后面,两个 部分隔得非常远。这种特殊的设计正是为了 避免核动力驱动的负面影响。

《2001太空漫游》中的一幕出现了中国 航天器的标志。这是因为原著作者克拉克本 人对中国航天之父钱学森极为敬佩,因此电 影中也出现了中国航天的身影。克拉克将自 己签名的该系列小说第二、第三部赠予钱学 森,钱学森回赠了《钱学森选集》。两人的 友谊一直持续到彼此相继离世。

1977年,又一部里程碑式的科幻作品 诞生了,它就是《星球大战》。星战系列不 但树起一座电影特效里程碑,也开启了争拍 星际片的风潮。说起《星球大战》,最让人 印象深刻的飞船应该就是“千年隼”(图4) 了。最初创造千年隼的灵感来源于一个汉堡 的外形,它的驾驶舱就好像是汉堡旁边的一 颗小橄榄。


图4千年隼——出自电影《星球大战》系列

千年隼有一个飞碟型的主船体、一对前 部货舱以及安置在船体一侧的圆柱体形驾驶 舱。千年隼其实就像擎天柱,是一个货车车 头,它可以通过那个大螃蟹钳子拖带不止一 节的星际货运集装箱。只不过近几年在迪士 尼重新设计星战系列后,集装箱的设定没有 再出现了。

在千年隼之外,歼星舰(图5)也是经常 被提起的经典飞船系列。Y翼歼星舰看起来 有着非常稳固的底盘和厚重的保护外壳,然 而歼星舰扁平又尖锐的外形设计决定了它不 能进入大气层,空气摩擦很可能会对船体造 成伤害。


图5歼星舰——出自电影《星球大战》系列

《星球大战前传3:西斯的复仇》中安纳 金驾驶的歼星舰则混合了星战系列中不同飞 船的特点,它同时拥有钛战机不规则几何形 状的窗户与太阳能电池板,《绝地归来》中的 前锋舱和千年隼的中心驾驶员座舱。在安纳 金的歼星舰中央有一个“大水泡”,上面安 置的大舷窗可以给驾驶员提供一个开阔的视 野。《星球大战》本身就像一个华丽的宇宙 飞船展示大舞台,每一个系列中的每一种型 号都会有自己的特点。 在经典科幻剧集《星际迷航》中,一大 亮点设计就是曲速引擎飞行。曲速引擎是以 反物质作为燃料改变飞船周围空间的大小。 飞船前方的空间迅速弯曲缩小,后方的空间迅速弯曲扩大,飞船就被“挤”向前,速度 大大提升,甚至可以超光速。《星际迷航》中 的“进取”号前部是一个巨大的圆盘,圆盘 的下方有一个狭长的反应堆部分。“进取”号 (图6)后部的两个“小尾巴”就是它的曲速 引擎装置。


图6“进取”号——出自美剧《星际迷航》

在星战系列之后的20世纪70—80年代, 随着人们对于太空的认知不断加深,航天科 学知识的日益普及,宇宙飞船的设计重心渐 渐从外形转到了科学理论的内核。《星球大 战》前所未有的大制作与精美特效,也在当 时树立了一个科幻特效的业界标杆。

最近30年,随着电脑技术的爆发式成 长,电影工业逐渐摆脱了实体模型的束缚, CG外星飞船开始成为主流。

2009年詹姆斯·卡梅隆执导的科幻巨 制《阿凡达》中的货运母舰“创业之星”号 (图7),其船体结构庞大而繁杂,然而每一 个你能看到的部分都是严格按照飞船航空的 理论来设计的。据设定,“创业之星”号的 引擎会释放激光能量,加热大圆球中的工质 氦,产生推力带动飞船前行。这也就是为什 么飞船前方需要巨大的散热板,尾部还要有 大大的尾盾来保护船体不受到自身发射的激 光损害。而“尾巴”上的小方块就是宇航员 的居住区,还自带一个制造人工重力的旋转 装置。


图7“创业之星”号——出自电影《阿凡达》

电影《星际穿越》中的“永恒”号(图8) 是一个巨大的不断转动的环形。转动是为了 模拟重力,使宇航员在飞船内可以稳定地站 立与行走,摄制组也不需要拍摄飞船内宇航 员漂浮着的镜头了。另外,为确保在穿越 虫洞、接近黑洞时足够牢固而不会散架,最 后,“永恒”号的直径被设定在虫洞直径的 1/100,这样的尺寸正好能维持它不变形。

“徘徊者”号是影片中用来登陆两颗行 星的飞船,它拥有流线型的优美设计,就像 一辆驰骋在太空中的跑车。诺兰让人真实搭 建了“徘徊者”号的全尺寸模型,并将它放 置在万向架上来模拟飞船飞行时的姿态。


图8“永恒”号——出自电影《星际穿越》

《星际穿越》中的机器人TARS只由几 个黑漆漆的小方块构成,却让人感觉十分灵 动可爱。我国的“天宫”二号也搭载了一个 臂展10余米长的机械臂,它首尾可以互换, 是一个灵活的移动式装置,可以辅助对接飞 船,也可以代替航天员进行舱外维护。可以 想象,在浩瀚的宇宙中,“天宫”二号上有一 个敏捷的身影正在灵活地爬来爬去。

《地心引力》里出现了“神舟”飞船的 身影,美国航天员在宇宙中遇到事故后,从 俄罗斯的国际空间站,转移到中国的“天 宫”一号最后乘坐神舟火箭安全地返回了地球。其实在现实生活中,俄罗斯空间站与 “天宫”一号是在不同高度的轨道上运行的, 宇航员在宇宙中不可能只靠一次点火就完成 轨道转移。太空空间站在完成自己的使命到 达使用年限时就会坠毁。它坠毁时不会像电 影里这样迅速减速并脱离轨道,一般情况都 会先利用推进器降低高度到与地球大气接触 的地方,最后坠落到地球上。

2016年是中国航空航天60周年,自 2016年起将每年4月24日设立为“中国航 天日”。首个中国航天日以“航天梦,中国 梦”为主题。1968年《2001太空漫游》中, 出现了中国航天器的身影。今天的《地心引 力》《火星救援》中依然出现了中国的火箭 与空间站。从1970年的“长征”一号到2016 年发射的“神舟”十一号载人飞船,每一艘 飞船都载着中国人的航天梦。

“神舟”系列飞船(图9)由3个部分组成:轨道舱、返回舱、推进舱。圆滚滚的 轨道舱就是航天员在太空工作和生活的地 方,里面除备有食物、饮水和大小便收集器 等生活装置外,还有各种科学实验用的仪器 设备。返回舱又称座舱,是航天员的“驾驶 室”,太空任务结束后,返回舱会打开降落 伞,带着航天员返回地球。推进舱也称动力 舱,呈圆柱形,内部装载推进系统的发动机和推进剂,为飞船提供调整航行轨道以及制 动减速所需要的动力。两边的“翅膀”则是 太阳翼,为飞船提供电能。“神舟”十一号 有3层楼那么高,5辆小汽车那么重,它将 在太空中与“天宫”二号交会对接,形成组 合体飞行30天,成为一座小型空间站。


图9“神舟”系列飞船

正如《星际迷航》中经典台词所说,因 为有探索的欲望,我们才会不断地设计出新 的飞船。相比一百多年前,我们已经对宇宙 有了更多的了解。然而宇宙何其广大,人类 又何其渺小,已知之外还有未知。这也就意 味着我们永远在畅想与发现的路上。无论在 现实生活中,还是在科幻电影里,总会有下 一艘飞船,带着你驶向迷人的广袤天际。

附:可供参考的影视作品有《黑星》 《月球旅行记》《地球停转之日》《2001太空漫游》《星球大战系列》《星际迷航》《阿凡达》《星际穿越》《火星救援》《地心引力》Warp Drive to Life-UFOs-The Real Deal、 As Astronaut Fact-checks Gravity、Top 75 Spaceships in Movies and TV。

 

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作者简介

程昱,湖南大学编导专业。 冯志刚,“水滴”奖科幻征集大赛剧本类一 等奖。

章人之,哥伦比亚大学艺术系毕业,《之知 电影赏析科幻电影中的科学》制片人。

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《科普创作》创刊于1979年,是中国创办较早、具有较强社会影响力的综合性科普期刊,由中国科普作家协会主办,面向国内外公开发行。从办刊开始直到1992年更名为《科技与企业》杂志,中间历经14年。 2016年6月,《科技与企业》因变更刊名停刊。同时启动《科普创作》复刊工作。

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