前言

今年電影院春節(jié)檔，最火的莫過于《流浪地球2》，目前僅上映13天，總票房就突破了30億，被眾多觀眾評價為“目前最好的中國科幻電影”。

電影中，在空間站和地球之間反復(fù)穿梭的太空電梯、擁有超強算力和自我意識的智能量子計算機、參與運貨和救援的機械動力外骨骼系統(tǒng)、能推動地球的重核聚變行星發(fā)動機等等，都讓觀眾大為震撼，直呼“過癮”！而更讓人驚嘆的是，這些科幻到極致的黑科技，竟然真的可以實現(xiàn)，甚至有一部分已經(jīng)在投入使用。

中核集團等央企：“你們盡管想象，我們負(fù)責(zé)實現(xiàn)！”

科幻與現(xiàn)實的距離到底有多遠(yuǎn)？根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜医庾x，近年來國內(nèi)科技實力的不斷增強，我們離電影中的黑科技已越來越近。也正因如此，《流浪地球2》才有足夠的底氣將這些硬核的科幻元素呈現(xiàn)給觀眾。

01

重核聚變行星發(fā)動機：推著地球去旅行

影片中，最吸引眼球的硬科技之一就是重核聚變行星發(fā)動機。為了拯救地球，人類計劃給地球安裝上萬座巨大的行星發(fā)動機，推動地球離開太陽系，這些發(fā)動機的高度比珠穆朗瑪峰還高2.2公里，單臺發(fā)動機能提供150億噸的推力。

行星發(fā)動機點火后，產(chǎn)生的推力推動地球離開太陽系

這一計劃聽起來似乎完全不切實際，但是根據(jù)專家解讀，“利用這一能量推動地球，原理上是說得通的?！?/p>

不過，要實現(xiàn)重核聚變絕非易事，因此，目前各國廣泛研究的可控核聚變均采用輕核聚變。

據(jù)中核集團介紹，我國早在1983年便提出了“熱中子反應(yīng)堆——快中子增殖堆——受控核聚變堆”的核能三步走發(fā)展戰(zhàn)略。

在熱堆領(lǐng)域，我國自主研發(fā)的三代核電技術(shù)華龍一號示范工程正在按計劃節(jié)點有序開展；在聚變堆領(lǐng)域，中核集團的中國環(huán)流器二號A（HL—2A）裝置正在承擔(dān)國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃相關(guān)的前沿物理問題與關(guān)鍵技術(shù)的科研任務(wù)，并實現(xiàn)了多個突破。

由中核集團牽頭研發(fā)的中國新一代“人造太陽”裝置（HL-2M）在2022年實現(xiàn)等離子體電流突破100萬安培（1兆安），創(chuàng)造了中國可控核聚變裝置運行新紀(jì)錄，標(biāo)志著我國核聚變研發(fā)距離聚變點火邁進重要一步，躋身國際第一方陣。

人造太陽托卡馬克裝置HL-2M，由于它能夠像太陽一樣，產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)，因此被稱為“人造太陽”

一位業(yè)內(nèi)研究員表示：“現(xiàn)在讓聚變能推動星球旅行可能為時尚早，但點亮一盞燈大有希望?！?/p>

02

太空電梯：本世紀(jì)有望成真

電影里，2044年的人們，去太空已經(jīng)不再借助于火箭，而是直接乘坐太空電梯。太空電梯借助連接于地球表面和太空空間站之間的繩索，便可以每小時數(shù)百公里的速度駛向太空。

太空電梯的概念，其實早在一百多年前就被提出。俄國科學(xué)家、航天之父齊奧爾科夫斯基在1895年見到埃菲爾鐵塔后，提出了這一設(shè)想。2003年，在美國圣達(dá)菲召開的國際太空電梯研討會上，俄羅斯、美國等國家的70多位科學(xué)家和工程師對太空電梯進行了深入討論，最終與會專家一致認(rèn)為太空電梯有望在21世紀(jì)內(nèi)變成現(xiàn)實。

加拿大凡尼爾學(xué)院物理學(xué)教授史蒂芬·科恩十幾年來一直從事相關(guān)研究，他在近日的采訪中介紹道，與當(dāng)前使用的火箭相比，太空電梯有若干優(yōu)點。

例如火箭發(fā)射需要攜帶大量燃料，而太空電梯以太陽能為能源，執(zhí)行太空任務(wù)的成本將大幅下降；對于航天員而言，太空電梯也將比一次次火箭發(fā)射更加安全。

近年來，多國科學(xué)家和工程師已經(jīng)開始了太空電梯的研發(fā)。中國也正計劃打造太空電梯，預(yù)計時速最高可達(dá)200公里。

對于這一項目來說，首先要實現(xiàn)的是：建立長達(dá)3.6萬公里長的碳納米管（地球同步軌道與地面距離3.6萬公里）。據(jù)電巢了解，碳納米管的強度可達(dá)到鋼的100-200倍，密度卻只有鋼的六分之一，是制造太空電梯索道的關(guān)鍵材料。

目前中國已經(jīng)實現(xiàn)了碳納米管技術(shù)的突破，制造上已沒問題，但是，由于該材料的結(jié)構(gòu)特殊性，其生產(chǎn)長度仍停留在1米以內(nèi)，要制造3.6萬公里長，其成本則非常巨大難以估量。

太空電梯的建造成本和技術(shù)挑戰(zhàn)仍然非常巨大，并非一國之力可實現(xiàn)，科學(xué)家科恩表示他并不能預(yù)測何時能成為現(xiàn)實，單純從技術(shù)角度，可能需要二三十年，但若要全球各國政府和企業(yè)共同努力，這可能比建造技術(shù)本身的挑戰(zhàn)更大。

03

量子計算機：人類的終極計算能力

除了太空電梯和行星發(fā)動機外，貫穿整個電影、被猜測為控制全場的終極大boss——550W量子計算機（它自稱為“MOSS”），讓觀眾印象極為深刻。

它擁有超強的算力，負(fù)責(zé)處理“流浪地球”計劃中及其復(fù)雜的數(shù)據(jù)運算、調(diào)度全球計算資源、實現(xiàn)“數(shù)字生命”等任務(wù)，還能自我迭代擁有自我意識。

經(jīng)過自我迭代，MOSS可與人類交流自如

而我們能在現(xiàn)實中見到“MOSS”的那一天，或許并不遙遠(yuǎn)。據(jù)一位國內(nèi)量子計算領(lǐng)域知名學(xué)者表示，距離電影中所展示的應(yīng)用走進現(xiàn)實，可能只需要10年到15年左右的時間。

眾所周知，量子計算機早已是各國爭相搶占的賽道，中國近幾年來也開始加速布局量子計算。

2018年，中科大潘建偉、朱曉波團隊實現(xiàn)了12個超導(dǎo)量子比特的糾纏，并在超導(dǎo)量子處理器上實現(xiàn)了快速求解線性方程組的量子算法。

2020年9月，國內(nèi)首個超導(dǎo)量子計算機“本源悟源”在合肥正式上線，搭載6比特超導(dǎo)量子處理器夸父KF C6-130，面向全球用戶提供真實的量子計算云服務(wù)，也是中國國內(nèi)率先實現(xiàn)工程化的量子計算機，由合肥本源量子自主研發(fā)。

同年12月，潘建偉團隊成功構(gòu)建76個光子的量子計算原型機“九章”，主要用于數(shù)學(xué)求解，求解數(shù)學(xué)算法高斯玻色取樣只需200秒，而當(dāng)時世界最快的超級計算機要用6億年，這一突破使中國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。

2021年10月，超導(dǎo)量子計算機祖沖之二號面世，中國在“量子計算優(yōu)越性”上實現(xiàn)又一個里程碑式的成果。

就在最近，我國量子計算機研究領(lǐng)域又傳來好消息：1月31日，中國第一條量子芯片生產(chǎn)線首次向公眾亮相。

該產(chǎn)線目前正在進行最新量子計算機“悟空”的調(diào)試，預(yù)計今年面世

這條產(chǎn)線2022年1月投入運營，在這一年的時間里，陸續(xù)導(dǎo)入24臺量子芯片生產(chǎn)相關(guān)的工藝設(shè)備，孵化出了3套自研的量子芯片專用設(shè)備，生產(chǎn)了1500多個批次流片試制的產(chǎn)品，交付了多個批次的量子芯片以及量子放大器等產(chǎn)品。

本源量子創(chuàng)始人、首席科學(xué)家郭國平表示，接下來的3-5年內(nèi)，量子計算將發(fā)揮加速器價值，大幅降低計算時間和成本，在人類實際生產(chǎn)生活中產(chǎn)生看得見的效益。

04

外骨骼機器人：穿上就變機甲戰(zhàn)士

在運貨、救援等場景中多次亮相的“外骨骼機器人”，來自中國企業(yè)傲鯊智能的贊助?，F(xiàn)實中，外骨骼機器人也已經(jīng)開始實現(xiàn)商業(yè)化，在汽車、航空、電力、礦山、銀行、建筑等場景中落地。

穿上這幅盔甲，人人都可以成為力大無比的“機甲戰(zhàn)士”

外骨骼機器人技術(shù)融合傳感、控制、信息、融合、移動計算等于一體，在實際生活中，可運用在康復(fù)理療、助力行走等方面，幫助行動不便的老年人或殘疾人自主獨立行走。

北京冬殘奧會時，還有殘疾人火炬手分別借助上肢和下肢助力外骨骼進行了火炬?zhèn)鬟f。這一技術(shù)將造福更多C端用戶，此前曾有行業(yè)媒體預(yù)計，2025年中國外骨骼機器人行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到105億元，期間年復(fù)合增長率為98.5%。

總 結(jié)

《流浪地球2》將中國科幻電影推向世界，讓我們看到中國科幻電影的潛力，而它的成功離不開我國工業(yè)和科技力量的崛起。導(dǎo)演郭帆在采訪中說道：“其實拍攝過程中一直都在擔(dān)心，生怕我們創(chuàng)作的黑科技不夠超前，想象趕不上現(xiàn)實?！?/p>

劉慈欣也表示：“如果是30年前，《流浪地球2》是拍不成的，因為投資人會認(rèn)為不可信，中國怎么會有宇宙飛船、太空電梯呢？但是現(xiàn)在就沒有這種感覺……中國的飛速發(fā)展、現(xiàn)代化進程，深刻推動著電影工業(yè)的突破和跨越?！?/p>

不得不說，中國近年來在科技領(lǐng)域取得的巨大進步，為國內(nèi)科幻電影提供了肥沃的土壤，那些原本需要CG特效的場景，或許今后都將是中國制造。

參考資料：

中國核工業(yè)集團有限公司知乎回答:

https://www.zhihu.com/question/581359988/answer/2868020103

環(huán)球網(wǎng)：《加拿大太空電梯專家：目前人類成為太空居民的最好選擇就是它！》

封面新聞：《科技圓桌派丨《流浪地球2》成黑科技預(yù)告片？“大boss”早已現(xiàn)身》