解讀《星際穿越》（下）

□ 佛羅里達(dá)大學(xué) 胡 曉

解讀《星際穿越》（下）

□ 佛羅里達(dá)大學(xué) 胡 曉

這種被稱為行星際運(yùn)輸網(wǎng)的最小能量路徑可以讓航天器更加自如地在不同行星間穿梭，只是這需要詳盡的計(jì)算才能給出最優(yōu)解，在影片中那個(gè)十萬(wàn)火急的時(shí)刻，肯定是想不了這么多的。（圖片來(lái)源：http:// en.wikipedia.org/wiki/Interplanetary_Transport_Network#mediaviewer/ File:Interplanetary_Superhighway.jpg）

逃離黑洞

在影片高潮階段，庫(kù)珀幫助艾米利亞逃離黑洞也很值得一說(shuō)。在經(jīng)歷了史上最驚險(xiǎn)，也堪稱最唯美的太空對(duì)接并把即將墜入大氣層的永恒號(hào)（Endurance）推離曼恩（Mann）星球之后，飛船就處于了一個(gè)非常尷尬的位置：一來(lái)已經(jīng)沒(méi)有可以飛回地球的燃料；二來(lái)由于脫離時(shí)剛好處在星球朝向黑洞的一面，飛船進(jìn)入了一個(gè)不斷接近黑洞的軌道。

庫(kù)珀決定手動(dòng)操作飛船環(huán)繞黑洞旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行一次引力助推（gravitational slingshot）。狹義的引力助推效應(yīng)有點(diǎn)類似大車撞小車，如果小車比大車輕很多的話，大車只會(huì)損失一點(diǎn)點(diǎn)速度，而小車會(huì)以大車速度的差不多兩倍飛出去。這個(gè)效應(yīng)在太陽(yáng)系內(nèi)常被用來(lái)加速那些深空探測(cè)器：讓探測(cè)器從側(cè)后方“追趕”某顆行星，在接近行星的過(guò)程中會(huì)受到行星的引力拖拽而加速，引力就扮演了類似“撞擊力”的角色。

不過(guò)電影里的情形還是和通常意義上的引力助推有所區(qū)別，因?yàn)樽鳛檫@個(gè)行星系核心的黑洞，并不能進(jìn)行通常意義上的動(dòng)量交換來(lái)獲得相對(duì)黑洞更高的軌道能量，就像發(fā)射地球衛(wèi)星時(shí)，衛(wèi)星也沒(méi)法僅僅靠著多繞地球幾圈就可以跑得更快或飛得更遠(yuǎn)。因此我傾向于認(rèn)為這是一次常規(guī)的軌道改變（變軌）機(jī)動(dòng)。對(duì)于航天器來(lái)說(shuō)，燃燒等質(zhì)量的燃料，獲得的動(dòng)量（也就是速度的變化）基本是一個(gè)常數(shù)，和航天器此時(shí)的速度無(wú)關(guān)。但由此獲得的動(dòng)能變化，卻是和速度有關(guān)的：你的初始速度越大，那么加速后獲得的動(dòng)能收益就越大。所以本片中庫(kù)珀最終決定在距離黑洞最近的時(shí)候（這個(gè)時(shí)候軌道速度最大）點(diǎn)燃加速火箭，讓艾米利亞帶著永恒號(hào)的剩余部分保持足夠的動(dòng)能，前往艾德蒙斯（Edmunds）星球。

關(guān)于到達(dá)艾德蒙斯星球，如果真的想最大程度地節(jié)省燃料的話，還有一些別的辦法：可以充分利用這個(gè)行星系統(tǒng)中其他行星的引力，利用別的行星的引力勢(shì)能“臺(tái)階”，把自己抬升到接近目的地的能量水平。其實(shí)類似的想法人們已經(jīng)在太陽(yáng)系中考慮過(guò)了。

其實(shí)片中本有個(gè)必須借助黑洞引力的情節(jié)被導(dǎo)演“忽略”了。之前提到過(guò)，米勒（Miller）星球的軌道距離黑洞視界表面非常近，而飛船剛出蟲(chóng)洞時(shí)的初始軌道距離黑洞是相當(dāng)遠(yuǎn)的。也就是說(shuō)，飛船原始軌道比米勒星球的軌道高得多，兩者的能量差會(huì)非常大，會(huì)大到同飛船的靜止質(zhì)量（E=mc2）一個(gè)量級(jí)的程度。除非飛船攜帶了大量反物質(zhì)燃料，其他人工動(dòng)力是不可能讓飛船減少這么多能量的。基普?索恩（Kip Thorne）想到的辦法是利用一個(gè)中等質(zhì)量黑洞的引力助推效應(yīng)給飛船減速，只是這樣一來(lái)，電影里會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)黑洞，導(dǎo)演為了照顧觀眾對(duì)電影的理解所以給刪去了。

對(duì)于庫(kù)珀在黑洞附近進(jìn)行的“引力助推”，除了這個(gè)常規(guī)的解釋之外，還有一個(gè)更加“科幻”的解釋：彭羅斯過(guò)程。羅杰?彭羅斯（Roger Penrose）在1969年提出，由于旋轉(zhuǎn)黑洞（克爾黑洞）的視界之外存在一個(gè)“能層”（Ergosphere，也有人翻譯成“動(dòng)圈”，意思是這個(gè)范圍內(nèi)的時(shí)空會(huì)被黑洞拖著一起旋轉(zhuǎn)），如果在這個(gè)范圍內(nèi)，繞黑洞旋轉(zhuǎn)的一個(gè)粒子分裂成兩個(gè)，其中一個(gè)損失能量落入視界之內(nèi)，而另一個(gè)能飛出能層范圍的話，成功脫離黑洞的粒子就能通過(guò)能層從黑洞自轉(zhuǎn)中攫取能量。當(dāng)然，結(jié)果對(duì)粒子本身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一定限制，根據(jù)我的理解，必須有某種機(jī)制讓兩者分離時(shí)讓即將落入黑洞的部分損失足夠的能量，而對(duì)于本片中的飛船，能否滿足這樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也是一個(gè)問(wèn)題。索恩在新書中也沒(méi)有提到這一點(diǎn)，姑且就當(dāng)作一種可能性吧。

不過(guò)，由于最終進(jìn)行加速的地點(diǎn)距離黑洞實(shí)在太近，已經(jīng)在最小穩(wěn)定軌道之內(nèi)了，雖然艾米利亞所在的飛船得到了加速，但庫(kù)珀卻只能跟著機(jī)器人塔斯（TARS）墜入了黑洞的視界。

對(duì)黑洞有所了解的讀者可能已經(jīng)知道，黑洞附近會(huì)有非常強(qiáng)的潮汐力。基本在你進(jìn)入視界之前就會(huì)被潮汐力撕碎，只是這一論斷是基于恒星級(jí)黑洞的：譬如太陽(yáng)如果坍縮成黑洞的話（其實(shí)太陽(yáng)最終會(huì)變成地球大小的白矮星），半徑只有不到3km，這時(shí)候視界表面和表面1m處單位質(zhì)量（1kg）受到的引力差可以達(dá)到109牛頓，足以撕碎任何物體。但是本片里的超大質(zhì)量黑洞，視界半徑差不多達(dá)到了地球的軌道半徑（1AU），在同樣位置的潮汐力（引力差）不到十萬(wàn)分之一牛頓，所以庫(kù)珀可能根本感覺(jué)不到這點(diǎn)潮汐力。

對(duì)于庫(kù)珀落入黑洞的過(guò)程，他自己是意識(shí)不到穿越視界的，因?yàn)閺乃膮⒄障悼?，視界并沒(méi)什么特別，甚至依然可以接收到艾米利亞的信號(hào)。但是從艾米利亞的角度看，庫(kù)珀的影像會(huì)逐漸凝固在靠近黑洞表面的位置，然后逐漸變紅變暗消失掉，所以艾米利亞是看不到庫(kù)珀到達(dá)視界的最后過(guò)程的。實(shí)際上，她不僅僅看不到，庫(kù)珀落入黑洞對(duì)她來(lái)說(shuō)，永遠(yuǎn)也不會(huì)發(fā)生：由于引力造成的時(shí)間膨脹，庫(kù)珀到達(dá)視界需要無(wú)窮長(zhǎng)的時(shí)間。至于庫(kù)珀為何仍然能及時(shí)在黑洞內(nèi)部發(fā)出信息，只能由后文提到的高維空間理論解釋了。

時(shí)間旅行

就在庫(kù)珀從飛船中彈射出來(lái)不久，他落入了一個(gè)由他家書房組成的高維空間里。對(duì)此，索恩的解釋是這是一個(gè)四維超正方體在三維空間的投影。只能說(shuō)這是超級(jí)文明的創(chuàng)造，這個(gè)立方體在三維空間中的空間維度對(duì)應(yīng)著地球人類的時(shí)間維度。這里有個(gè)有意思的地方是，這個(gè)立方體是在庫(kù)珀落入黑洞之后，到達(dá)奇點(diǎn)之前把庫(kù)珀“裝”進(jìn)去的。前文提到過(guò)，由于黑洞視界是個(gè)無(wú)限紅移面（時(shí)間相對(duì)我們靜止），庫(kù)珀落入黑洞這件事情，對(duì)我們來(lái)說(shuō)是沒(méi)有發(fā)生過(guò)的。既然有了如同可以觀看電影般的時(shí)間軸，庫(kù)珀把“未來(lái)”的事情用來(lái)影響過(guò)去，也可以在導(dǎo)演的理論框架內(nèi)解釋。有了高維空間的存在，后面的一切就很好解釋了：這個(gè)超立方體的一個(gè)“面”在三維空間中實(shí)際上是一個(gè)有體積的空間，剛好和庫(kù)珀家的書房重合（我們宇宙中相距百萬(wàn)光年，在高維空間里也許只有數(shù)米，從黑洞到地球瞬間就可以返回），而那個(gè)時(shí)間維度又可以輕松讓庫(kù)珀通過(guò)引力影響過(guò)去（譬如風(fēng)沙落地的痕跡），最后通過(guò)引力操縱手表的指針，傳遞給女兒所在世界關(guān)于量子引力的關(guān)鍵信息，最終使得人類得以操縱引力離開(kāi)地球——在我看來(lái)這一段是最煽情的：能夠穿透不同維度的，除了引力，還有愛(ài)。

對(duì)于影片中向過(guò)去發(fā)送信息這一關(guān)鍵情節(jié)，我還想做一些解釋：雖然我們可以影響過(guò)去，但局域的時(shí)間旅行依然是不能實(shí)現(xiàn)的。換言之，我們也許可以通過(guò)時(shí)間線上的“岔路”返回到過(guò)去的某一點(diǎn)，但對(duì)我們自己來(lái)說(shuō)，我們的時(shí)間一直是向前流逝的，沒(méi)法做到原地倒退——如同上了高速的汽車，走過(guò)了目的地的你是不允許原地調(diào)頭的，只能找個(gè)出口再繞回來(lái)。電影中，位于高維空間超立方體中的庫(kù)珀面臨的也是類似情形：相對(duì)于書房，他位于未來(lái)。當(dāng)他剛開(kāi)始敲擊“書柜”（實(shí)際上是其中某本書的世界線）的時(shí)候，引力波的擾動(dòng)并沒(méi)有沿著世界線向過(guò)去傳播，而是通過(guò)高維空間的“捷徑”影響到過(guò)去，并最終讓書從書架上落下來(lái)。

埃舍爾的名畫《瀑布》也可以幫助我們更好地理解影片中的“時(shí)間旅行”：水永遠(yuǎn)在向前方流動(dòng)，但沿著水渠上行的水流卻最終從瀑布的底端回到了瀑布的頂端，對(duì)水流來(lái)說(shuō)，這何嘗不是回到過(guò)去呢？

這是來(lái)自索恩書中的電影截圖，空間化時(shí)間維度的視覺(jué)表現(xiàn)：那些拉成線狀的“影子”實(shí)際是書房的截面沿著時(shí)間維度向未來(lái)運(yùn)動(dòng)的“世界線”，不同截面/世界線的交匯處就會(huì)出現(xiàn)三維的書房影像。

即使是這段看上去非常科幻的情節(jié)，也是有一定理論依據(jù)的。在2006年，索恩就基于膜世界假說(shuō)計(jì)算了四維空間（也就是5維的閔可夫斯基空間，這也是本片稱高維空間為五維時(shí)空的原因）中引力的行為。引力可以進(jìn)入更高的維度，首先遇到的一個(gè)問(wèn)題就是，如果僅僅是簡(jiǎn)單的加一個(gè)空間維度的話，引力在三維空間中就無(wú)法滿足平方反比率了，而是比平方反比衰減得更快。為了防止引力的“流失”，多出來(lái)的一維必須被“壓縮”。索恩的想法是，我們的三維世界，是在四維空間中的一張“膜”，如果我們能有辦法離開(kāi)這個(gè)膜一丁點(diǎn)的話，距離的度量會(huì)迅速縮小，比如本來(lái)相距1km，脫離膜1mm的話，距離可能就變成1nm了。有趣的是，索恩并非是這個(gè)領(lǐng)域（高維空間引力理論）的專家，經(jīng)他人提醒，他實(shí)際是重新發(fā)展了2000年就被達(dá)瓦利(Gia Dvali)、嘉巴達(dá)澤（Gregory Gabadadze）和波拉提（Massimo Porrati）三個(gè)物理學(xué)家提出過(guò)的理論——由這三位的姓氏首字母命名的DGP模型。具體到電影中，庫(kù)珀就是在這個(gè)超立方體中進(jìn)行了一次“膜中旅行”，只是這張“膜世界”中的一天文單位相當(dāng)于我們世界中的一百億光年罷了。

索恩書中關(guān)于高維空間模型的插圖

航天技術(shù)

漫游者號(hào)（Ranger）到底使用了什么樣的動(dòng)力？在本片中，雖然從地球起飛時(shí)仍需要大型火箭的幫助（我認(rèn)為是為了節(jié)約燃料），但是在外星球上，這架外形奇特的扁平飛船只需要靠自己的動(dòng)力就能直接進(jìn)入外太空，這已經(jīng)超越了人類現(xiàn)有的技術(shù)水平。

首先，關(guān)于人類的火箭技術(shù)，一個(gè)讓人傷心的事實(shí)是，目前還沒(méi)有只靠單級(jí)火箭就可以把有效載荷送上太空的例子。

本頁(yè)左下這幅圖非常好地給出了發(fā)動(dòng)機(jī)效率（Specific Impulse，比沖）和可工作速度區(qū)間的關(guān)系。比沖，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是單位重量（注意大家一般用重量而不是質(zhì)量）的燃料（對(duì)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，“燃料”也包含氧化劑）可以產(chǎn)生的沖量。由于沖量的單位是kg×m/s，而重量單位是kg×m/s2，所以比沖的單位是秒?！氨葲_=450s”的意思就是1kg燃料可以產(chǎn)生450×9.8=4410kg×m/s的動(dòng)量。因?yàn)榛鸺l(fā)動(dòng)機(jī)向后排出的質(zhì)量幾乎完全由燃料（還原劑+氧化劑）組成，所以這就意味著1kg燃料以4410m/s的（有效）速度向后噴出，這個(gè)速度超過(guò)音速十倍，已經(jīng)接近爆轟波的傳播速度（6900m/s)，這數(shù)據(jù)很讓人震驚，但是，即使如此，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖依然在上述引擎中墊底，為何？

圖片來(lái)源：http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_impulse#mediaviewer/File:Specificimpulse-kk-20090105.png

因?yàn)榛鸺l(fā)動(dòng)機(jī)的工質(zhì)（向外做功/傳遞動(dòng)量的工作物質(zhì)）是完全自帶的，包括還原劑和氧化劑，而氧化劑往往占了更大的比重。例如常用的液氧-煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，氧化劑質(zhì)量通常是煤油的2.5倍，而比沖最高的液氫-液氧發(fā)動(dòng)機(jī)，則接近6倍！圖中的其他引擎，都是可以從大氣中吸取氧氣作為氧化劑的，僅這一項(xiàng)就節(jié)省了大量重量，而渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)除了靠核心機(jī)中燃燒排氣做功之外，還利用核心機(jī)帶動(dòng)外圍的風(fēng)扇，又可以額外獲得推力，特別是那些風(fēng)扇很大的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，可以達(dá)到極高的比沖，卓越的燃油經(jīng)濟(jì)性讓它成為了大型民航客機(jī)的唯一選擇。

那影片里的漫游者號(hào)是不是可以做成渦輪風(fēng)扇（或者更簡(jiǎn)單的渦噴）發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)合？我看不行。

因?yàn)闊o(wú)論是渦噴還是渦扇，都太重了。對(duì)于所有的吸氣型發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，為了達(dá)到足夠的推力，以及能在稀薄的高空正常工作，都有一套笨重的渦輪壓氣機(jī)用來(lái)吸進(jìn)足量的空氣并進(jìn)行壓縮，這樣在燃燒室里才能有足夠的氧氣密度，而燃燒室后面又有一組高溫渦輪消耗一部分推力用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)工作。用更簡(jiǎn)單的參數(shù)描述，就是推重比（推力/重量比）太低，即使是目前最先進(jìn)的量產(chǎn)型渦扇，最大推重比也只能接近12，而火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，比如現(xiàn)在常用作商用的俄制RD180，推重比78，而蘇聯(lián)人為了登月造出來(lái)的NK33，更是有逆天級(jí)的136，這個(gè)記錄多年來(lái)未被打破，直到最近SpaceX的Merlin D才有可能達(dá)到更高的159。

現(xiàn)實(shí)中人類并非沒(méi)有進(jìn)行過(guò)基于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的嘗試，上世紀(jì)90年代，美國(guó)宇航局（NASA）和洛克希德馬丁公司曾經(jīng)有一個(gè)稱為X33的計(jì)劃，目的就是制造出可重復(fù)使用的單級(jí)入軌亞軌道航天器，這種航天器的設(shè)計(jì)中包含了線性氣塞式噴管火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（Linear Aerospike Rocket），這種發(fā)動(dòng)機(jī)摒棄了傳統(tǒng)的單一大噴口設(shè)計(jì)，而是將很多小噴口分成兩排，低空時(shí)由于氣壓較高火焰會(huì)僅僅貼在“噴管”的墻壁上，墻壁會(huì)起到一定的引流和穩(wěn)定作用，同時(shí)底部平面會(huì)反射一部分火焰彌補(bǔ)推力損失。高空時(shí)火焰會(huì)發(fā)散到比較大的角度，會(huì)有一部分工質(zhì)浪費(fèi)到非推力方向上，但由于小噴口本身就是向內(nèi)傾斜的，這個(gè)發(fā)散仍然比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)小得多。它的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，扁平的噴口外形使得它更容易和下文將要提到的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合在一起。

將沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（Ramjet）和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合，是一個(gè)更加可行的方案。這已經(jīng)不是什么新鮮事了，蘇聯(lián)人很早就在超音速反艦導(dǎo)彈上使用了火箭助推和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)巡航的組合。而其中的最新型號(hào)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)融為一體，從外形上已經(jīng)看不出助推器的存在了。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)取消了復(fù)雜的渦輪結(jié)構(gòu)，直接利用進(jìn)氣道的錐面壓縮空氣，大大減輕了重量。通常認(rèn)為，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比可以達(dá)到20~30，比渦扇高很多，接近“低端”火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比。只是為了有效壓縮進(jìn)氣，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)需要達(dá)到較高的速度（2~3馬赫）才開(kāi)始工作，所以需要火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為助推器。

俄羅斯P-800“寶石”反艦導(dǎo)彈，頭部的錐狀物就是沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)用來(lái)壓縮空氣的激波錐。圖片來(lái)源：http://en.wikipedia.org/wiki/P-800_Oniks#mediaviewer/File:Yakhont.jpg

普通的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)雖然可以在5馬赫的區(qū)間工作，但速度繼續(xù)升高就會(huì)感到吃力：為了保證穩(wěn)定的燃燒，進(jìn)氣口進(jìn)入的超音速氣體要降到亞音速才進(jìn)入燃燒室，速度更高的話，亞音速燃燒可能就無(wú)法保證。超（音速）燃（燒）沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（Scramjet）繞過(guò)這個(gè)問(wèn)題，直接想辦法在超音速流場(chǎng)中進(jìn)行燃燒！這真是一個(gè)瘋狂的想法，從某種角度說(shuō)，這種燃燒簡(jiǎn)直就是可控的連續(xù)爆炸，是在挑戰(zhàn)燃燒學(xué)的極限！

目前超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)成功的例子不多，公開(kāi)報(bào)道中最快的應(yīng)該是NASA的X-43：在2004年11月的測(cè)試中達(dá)到了9.65馬赫，接近3km/s，雖然比第一宇宙速度慢很多，但至少可以望其項(xiàng)背。某些資料中甚至提出超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的極限速度可能高達(dá)24馬赫，也就是>7km/ s，已經(jīng)接近軌道速度。片中漫游者號(hào)外形和X-43很類似，除了下方的大斜面可以為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣進(jìn)行提前壓縮之外，這種造型也讓漫游者號(hào)可以在外層大氣“跳躍”減速，最后水平著陸而不需要降落傘。

所以在我看來(lái)，在目前的地球上想造出類似漫游者號(hào)的航天器，比較靠譜的設(shè)計(jì)是使用液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，用于起飛及最后的加速；中間主要使用變循環(huán)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，低速時(shí)作為普通沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，超過(guò)5馬赫切換為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，一直工作到20馬赫以上的速度。當(dāng)然，變循環(huán)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上是否可以實(shí)現(xiàn)是個(gè)問(wèn)題，但總比可控核聚變之類來(lái)的簡(jiǎn)單。

除了沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，還有一種脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，從名字就能看出來(lái)，這是一種很“暴力”的發(fā)動(dòng)機(jī)：利用燃燒室內(nèi)的高頻可控“爆炸”（爆燃）產(chǎn)生的沖擊波獲得推力。同樣由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這種發(fā)動(dòng)機(jī)也可以獲得很高的推重比。由于爆燃時(shí)間極短，這段時(shí)間內(nèi)燃燒室內(nèi)氣體還沒(méi)來(lái)得及排出，從發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)理論上講，這種類似等容過(guò)程能比渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和大多數(shù)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)放式循環(huán)獲得更高的效率（比沖）。更可喜的是，從理論上講，這種發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎可以身兼二職：大氣層內(nèi)吸進(jìn)空氣作為氧化劑，這個(gè)時(shí)候是吸氣式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，大氣層外則可以切換為自帶氧化劑，這個(gè)時(shí)候就是火箭式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)。從航天器寸克寸金的重量控制來(lái)看，這種方案似乎更有優(yōu)勢(shì)。不過(guò)目前脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)只有小尺寸樣機(jī)，試飛工作也都是在低速下進(jìn)行的，相比沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)似乎離我們更加遙遠(yuǎn)。

圖片來(lái)源：http://www.dfrc.nasa.gov/Gallery/Graphics/X-43A/index.html

這些方案的缺點(diǎn)是基本只在地球上可行，因?yàn)槟阋哺悴磺宄庑堑拇髿獬煞秩绾?，另一種科幻卻更加適應(yīng)外星環(huán)境的方案是離子推進(jìn)器。這種看上去非常酷炫的發(fā)動(dòng)機(jī)利用電磁場(chǎng)加速離子（通常是氬、氙或者氪的離子，因?yàn)樽钔鈱拥膯坞娮雍苋菀妆粍冸x），由于噴出的離子束可以由電磁場(chǎng)約束在一個(gè)小角度內(nèi)，只有很少的能量被浪費(fèi)在熱運(yùn)動(dòng)中，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的效率（比沖）高達(dá)6000以上，部分可以超過(guò)10000。隨之而來(lái)的缺點(diǎn)，就是小得可憐的推力：譬如在Deep Space 1上使用的NSTAR發(fā)動(dòng)機(jī)，最大推力只有92毫牛頓，即使是NASA正在試驗(yàn)中的NEXT，最大推力也僅為670毫牛頓，也就能舉起一個(gè)雞蛋，這還不包括發(fā)動(dòng)機(jī)本身。不過(guò)近年來(lái)有一種可變比沖離子推進(jìn)器（VASIMR）的設(shè)計(jì)，在功率不變的情況下可以在高比沖/低推力和低比沖/高推力之間調(diào)節(jié)，目前造出來(lái)的200千瓦樣機(jī)的推力可以達(dá)到驚人的5牛頓！而一些更“科幻”的無(wú)工質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)方案雖然擁有更高的比沖，但是推力反而更?。ㄏ胂牍β?力×速度這個(gè)式子吧）。所以，電火箭想要作為起飛的動(dòng)力，沒(méi)有幾百、幾千兆瓦（核動(dòng)力航母動(dòng)力裝置的功率大約是200兆瓦，這也是一個(gè)典型核反應(yīng)堆的功率）的動(dòng)力源是不太可能的了，還是等可控核聚變成功后再說(shuō)吧。

結(jié)語(yǔ)

且不論影評(píng)人從藝術(shù)的角度對(duì)這部電影如何評(píng)價(jià)，《星際穿越》在科學(xué)和技術(shù)層面達(dá)到了科幻電影的一個(gè)新高度，除了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匾罁?jù)已被證實(shí)的理論（黑洞的視覺(jué)效果），還大膽地將未經(jīng)證實(shí)的理論融入影片，以令人信服的方式表現(xiàn)出來(lái)（庫(kù)珀落入的“書房”）。而且這一切不僅僅是背景，而是推動(dòng)劇情發(fā)展的重要力量——這樣一部電影，值得每一位向往宇宙的人反復(fù)品味。