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《流浪地球2》就是一部强调发动机试验重要性的宣传片

来源：科普中国

行星发动机与长二F火箭，电影海报的寓意十分深刻

虽然已至上元，但贺岁档热度却一直未减，得益于多部高质量影片的扎堆上映，1月份内地票房大盘冲高到百亿量级，其中话题度超高的要数《流浪地球》系列电影时隔4年后推出的续作—《流浪地球2》。虽然是续作，但是在时间线上却是首作的前传，观众们因此得以见到了短发版“秋雅”以及限时返场版的“姥爷”吴孟达，军迷们也找到了双座版J20的新功能—可以春节带嫂子回家探亲。超高话题度的另一面是影片门槛高，看不懂，甚至“昏昏欲睡”的评价。电影到底讲了啥，从一个动力技术行业从业者的角度来看，电影全篇就是介绍了行星发动机的建造、试验和使用的一个完整过程，并且重点强调了发动机试验的重要性。


(资料图)

从情节上来看，影片可以拆分成若干个小段落（以下有轻微剧透），第一段是通过太空电梯对在建的轨道空间站进行恐怖袭击，目的是迫使联合政府放弃“移山计划”（也就是后来的“流浪地球”计划），第二段是通过建在月球上的卫星发动机原理性试验为在地球上行星发动机首次正式试验争取到了机会，地球上的正式试验成功也标志着“流浪地球”计划正式启动，第三段是月球上的卫星发动机出现事故，导致“地月危机”，第四段是通过摧毁月球的方式解决了“地月危机”，行星发动机提前联机起动，“流浪地球”计划开启。把电影这样简化似乎就变成了行星发动机从建造到试验再到投入使用的过程介绍，也就不存在大剧情看不懂的问题了，那么下一个问题就会出现，为什么发动机一定要做试验，试验到底有什么用？

太空电梯和行星发动机，《流浪地球2》为我们展示了发动机到底能够多强大

发动机这个中文词汇来自于英文engine的意译，就是“发生动力的机器”的意思，也是因为意译，它还有个别名叫做动力机。英语里engine这个词的出现比发动机的出现早得多，意思是“设计精巧的机械装置”，直到蒸汽机的大规模应用后，engine才开始有了“将非生物能转化成机械能的装置”的专属含义，并伴随奔驰的火车和远洋的巨轮传遍世界各地。发动机的功能描述起来简单，但实际过程却一点不简单，在发动机获取能量的来源依然主要是化石能源的当下，不管是内燃机还是喷气式发动机，需要解决的都是怎样让燃料更高效燃烧，以及如何利用燃烧产生的能量的问题，温度和压力既是稳定燃烧能够保持的条件，也是燃烧产生的能量的“存在”形式，发动机一方面要让这些能量形式按照所需来平稳转化和输出，一方面要让自身不会被高温和高压所破坏，这是一个很难把控的脆弱的平衡态，一边要追求极致效率，一边要保证绝对安全。而且由于发动机对于整个系统的特殊性，发动机一旦出现事故，引发的灾难都是难以挽回的，比如电影中“地月危机”产生的源头，便是月球上的卫星发动机被超出自身管控范围的巨大能量焚毁，导致月球坠落向地球；又比如由于一侧助推火箭发动机密封失效，导致“挑战者”号航天飞机全体宇航员遇难。所以虽然发动机看起来只是运输工具上面的一个部件，但它的难度和风险很多时候甚至要高于运输工具本身。

电影中，由于卫星发动机损毁，人类不得不炸掉月球

但就是这样一个核心到不能再核心的部件，它的核心理论时至今日依然没有数学工具能够准确的去描述，发动机虽然本身是一个二级学科，但其理论核心却处于多个学科的前沿交叉点上，很多的关键过程没法用数学工具去准确描述，因此虽然计算机的软硬件技术水平日新月异，但用数学方法去描述和评估发动机的工作状态依然是不准确的。这个问题在电影中依然没有解决，虽然人类科技已经牛到了能建成行星发动机，但依然只能通过试验来验证和考察行星发动机，这还是在人类算力天花板—550系列加持的情况下，足见发动机理论体系的艰深。试验是个好东西，是科学能够从哲学中分离出来的关键过程，从发动机出现开始，尤其是对于航空航天用的发动机，试验一直是研究和验证的重要手段，没有之一。甚至可以这么说，发动机研制可以不做数值分析，但是不能不做试验。

现实中火箭发动机的地面试验，是不是和电影里卫星发动机和行星发动机试验形式很像？

发动机要做的试验都有哪些呢？按照不同分类方式，会有很多种试验形式，本文结合电影做一下笼统的介绍。按照系统分类，可以分为部件级试验和整机级试验；按照试验开展的位置，可以分为地面试验和飞行试验；按照试验的内容可以分为验证性试验和考核性试验。在研制阶段初期，进行的比较多的是验证性试验，一种是原理性验证试验，这时候的试验对象一般是一台发动机原理样机，这台发动机很可能和后面量产型的发动机有很大区别，仅仅是用来验证核心工作原理的，电影里马兆和图恒宇参加的那次月球上的点火试验，就是这一类验证核心工作原理的试验。这类原理性验证试验通过了，证明原理可行之后，会对真正的发动机样机开展大量的验证试验，验证的内容是发动机满足设计指标的能力，比如说工作效率、推力、工作时间等等，验证性试验可以帮助设计者了解发动机的真实性能与工作边界，让他们能有的放矢的对发动机进行针对性的改进与完善，最终能够研制出完全满足设计要求的发动机，更像是随堂考试。考核性试验一般出现在研制过程的中后期，类似于结业考试，一般都是按照设计的指标要求对发动机逐项进行考核，只有考核全部通过了，发动机才能上岗工作，考核试验其中有一项十分重要，那就是环境试验，因为发动机在研发阶段的验证性试验，一般都只是在研发单位的单一环境条件下去进行，但是发动机的贮存和工作地点却可能是世界各地，天上或水下，所以要对不同的预设使用环境下的发动机性能进行考核，看看在边界环境条件下，发动机还能不能按照最初设计的状态去工作。发动机的试验一般都是从部件开始，部件验证和考核结束后，再进行发动机整机试验，之后还要与平台进行联合试验，地面试验验证和考核做完，再进行飞行试验，“把问题都解决到地面上”是钱学森给中国航天部门留下的戒律之一。当然，为了缩短研制周期以及压缩研制经费，很多试验都是可以结合进行的，比如电影中，行星发动机的首次启动性验证试验，也同时是与地球作为一个系统的功能验证试验，验证了行星发动机是可以推动地球的。

发动机试验永远震撼人心，也永远与危险相伴（《我和我的父辈》）

发动机的试验是一门很大的学问，既需要有科学的试验方法，还需要有配套的试验设备和试验环境，也就是我们常说的发动机试验台。不同的测试对象、测试项目和测试要求对应着不同的发动机试验台。发动机研制的高门槛和高投入，试验是相当大的影响因素，既占用了很大一部分研制成本，也决定发动机性能的优劣。在地球上给发动机做试验已经是一个十分烧钱的项目了，像影片那样去月亮上给发动机做试验，也许仅存在于科学幻想中了。

关键词： 发动机的 的发动机 验证试验

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