科幻電影中的宇宙飛船設計

程 昱 馮志剛 章人之

宇宙對于人類來說一直是神秘未知的，而未知也正是科幻的魅力所在。因為未知，我們可以自由地暢想將乘坐怎樣的交通工具去探索、冒險、戰斗和發掘。一百多年歷史的科幻電影中，出現了無數充滿奇思妙想的宇宙飛船設計。每一艘飛船都承載著設計師獨一無二的冒險精神與浪漫情懷。

1902年，在喬治·梅里愛（圖1）的腦中，把人裝到一個巨大的炮彈里一炮轟到月球上去是合乎情理的。在那個時候，梅里愛使用手工制作的模型和富有創意的拍攝手法制造出科幻色彩的影像。

圖1 喬治·梅里愛

德國導演弗里茨·朗在1929年的《月里嫦娥》中設計了飛船“弗里德”號。 “弗里德”號的超前預見性在于它使用了三級推進模式發射，片中對于火箭發射的細節刻畫也啟發了后世的科學家。

在發端后近半個世紀，科幻片才在20世紀50年代躋身好萊塢主流電影類型之一。科幻片中的宇宙飛船造型也變得更加豐富多樣。

1951年的《地球停轉之日》（圖2）中，我們看到了最原始也最經典的飛船造型，它像一個碟子，最純粹的碟子，沒有多余的零件設計，外表好像很光滑，有著裝飾派藝術的簡單風格。設計師為了使飛船放下階梯的畫面看起來更加順暢自然，在船體與階梯的交合部分加入了大量的潤滑劑，想要營造一種“無縫連接”的未來感。

圖2 電影《地球停轉之日》

那時常常出現的造型還有1977年《黑星》中尖頭滑翔翼一般的飛船。 “黑星”號的設計師羅恩·科布不僅是一名漫畫家，還是NASA的官方美術設計師。

電影《2001 太空漫游》（圖3）中的“發現”一號是第一個給人們留下深刻印象的宇宙飛船。它的實體模型長達16.46米（54英尺），為了滿足長鏡頭的拍攝需要，制作組還做了一個稍小的4.572米（15英尺）模型。飛船內部有一臺用于產生人工重力的巨型離心機，這臺機器有30噸重，由第一次世界大戰時期的大型軍火、船舶與飛機制造商Vickers -Armstrongs Limited建造，耗資75萬美元。影片后半部中，宇航員乘著這艘龐大的飛船飛向木星。飛船內部的設計，現在看來依舊令人驚嘆。庫布里克對于逼真感的要求使飛船設計的工藝達到了對于細節極其考究的程度，將過去單薄平面化、執著于金屬感的外形設計打破，更加立體的造型設計成了宇宙飛船的新美學。

圖3 電影《2001太空漫游》

除此之外，庫布里克也非常注重飛船的科學實用性。“發現”一號能夠通過自轉形成人工重力，這樣可以有效避免人體骨骼中鈣質的流失。在太空中如果沒有人工重力的話，血液無法良性循環，骨骼和肌肉會因失重而失去自身的支撐能力。比如一個20歲的人在太空中飛2年，骨頭的密度就會相當于一個七八十歲的老人。“發現”一號是核動力驅動，是有核輻射的，所以人的居住艙才設計在最前面，核反應堆在最后面，兩個部分隔得非常遠。這種特殊的設計正是為了避免核動力驅動的負面影響。

《2001 太空漫游》中的一幕出現了中國航天器的標志。這是因為原著作者克拉克本人對中國航天之父錢學森極為敬佩，因此電影中也出現了中國航天的身影。克拉克將自己簽名的該系列小說第二、第三部贈予錢學森，錢學森回贈了《錢學森選集》。兩人的友誼一直持續到彼此相繼離世。

1977年，又一部里程碑式的科幻作品誕生了，它就是《星球大戰》。星戰系列不但樹起一座電影特效里程碑，也開啟了爭拍星際片的風潮。說起《星球大戰》，最讓人印象深刻的飛船應該就是“千年隼”（圖4）了。最初創造千年隼的靈感來源于一個漢堡的外形，它的駕駛艙就好像是漢堡旁邊的一顆小橄欖。

圖4 千年隼——出自電影《星球大戰》系列

千年隼有一個飛碟型的主船體、一對前部貨艙以及安置在船體一側的圓柱體形駕駛艙。千年隼其實就像擎天柱，是一個貨車車頭，它可以通過那個大螃蟹鉗子拖帶不止一節的星際貨運集裝箱。只不過近幾年在迪士尼重新設計星戰系列后，集裝箱的設定沒有再出現了。

在千年隼之外，殲星艦（圖5）也是經常被提起的經典飛船系列。Y翼殲星艦看起來有著非常穩固的底盤和厚重的保護外殼，然而殲星艦扁平又尖銳的外形設計決定了它不能進入大氣層，空氣摩擦很可能會對船體造成傷害。

圖5 殲星艦——出自電影《星球大戰》系列

《星球大戰前傳3：西斯的復仇》中安納金駕駛的殲星艦則混合了星戰系列中不同飛船的特點，它同時擁有鈦戰機不規則幾何形狀的窗戶與太陽能電池板，《絕地歸來》中的前鋒艙和千年隼的中心駕駛員座艙。在安納金的殲星艦中央有一個“大水泡”，上面安置的大舷窗可以給駕駛員提供一個開闊的視野。《星球大戰》本身就像一個華麗的宇宙飛船展示大舞臺，每一個系列中的每一種型號都會有自己的特點。

在經典科幻劇集《星際迷航》中，一大亮點設計就是曲速引擎飛行。曲速引擎是以反物質作為燃料改變飛船周圍空間的大小。飛船前方的空間迅速彎曲縮小，后方的空間迅速彎曲擴大，飛船就被“擠”向前，速度大大提升，甚至可以超光速。《星際迷航》中的 “進取”號前部是一個巨大的圓盤，圓盤的下方有一個狹長的反應堆部分。“進取”號（圖6）后部的兩個“小尾巴”就是它的曲速引擎裝置。

在星戰系列之后的20世紀70—80年代，隨著人們對于太空的認知不斷加深，航天科學知識的日益普及，宇宙飛船的設計重心漸漸從外形轉到了科學理論的內核。《星球大戰》前所未有的大制作與精美特效，也在當時樹立了一個科幻特效的業界標桿。

最近30年，隨著電腦技術的爆發式成長，電影工業逐漸擺脫了實體模型的束縛，CG外星飛船開始成為主流。

2009年詹姆斯·卡梅隆執導的科幻巨制《阿凡達》中的貨運母艦 “創業之星”號（圖7），其船體結構龐大而繁雜，然而每一個你能看到的部分都是嚴格按照飛船航空的理論來設計的。據設定，“創業之星”號的引擎會釋放激光能量，加熱大圓球中的工質氦，產生推力帶動飛船前行。這也就是為什么飛船前方需要巨大的散熱板，尾部還要有大大的尾盾來保護船體不受到自身發射的激光損害。而“尾巴”上的小方塊就是宇航員的居住區，還自帶一個制造人工重力的旋轉裝置。

圖6 “進取”號——出自美劇《星際迷航》

圖7 “創業之星”號——出自電影《阿凡達》

電影《星際穿越》中的 “永恒”號（圖8）是一個巨大的不斷轉動的環形。轉動是為了模擬重力，使宇航員在飛船內可以穩定地站立與行走，攝制組也不需要拍攝飛船內宇航員漂浮著的鏡頭了。另外，為確保在穿越蟲洞、接近黑洞時足夠牢固而不會散架，最后，“永恒”號的直徑被設定在蟲洞直徑的1/100，這樣的尺寸正好能維持它不變形。

“徘徊者”號是影片中用來登陸兩顆行星的飛船，它擁有流線型的優美設計，就像一輛馳騁在太空中的跑車。諾蘭讓人真實搭建了“徘徊者”號的全尺寸模型，并將它放置在萬向架上來模擬飛船飛行時的姿態。

圖8 “永恒”號——出自電影《星際穿越》

《星際穿越》中的機器人TARS只由幾個黑漆漆的小方塊構成，卻讓人感覺十分靈動可愛。我國的 “天宮”二號也搭載了一個臂展10余米長的機械臂，它首尾可以互換，是一個靈活的移動式裝置，可以輔助對接飛船，也可以代替航天員進行艙外維護。可以想象，在浩瀚的宇宙中，“天宮”二號上有一個敏捷的身影正在靈活地爬來爬去。

《地心引力》里出現了“神舟”飛船的身影，美國航天員在宇宙中遇到事故后，從俄羅斯的國際空間站，轉移到中國的“天宮”一號最后乘坐神舟火箭安全地返回了地球。其實在現實生活中，俄羅斯空間站與“天宮”一號是在不同高度的軌道上運行的，宇航員在宇宙中不可能只靠一次點火就完成軌道轉移。太空空間站在完成自己的使命到達使用年限時就會墜毀。它墜毀時不會像電影里這樣迅速減速并脫離軌道，一般情況都會先利用推進器降低高度到與地球大氣接觸的地方，最后墜落到地球上。

2016年是中國航空航天60周年，自2016年起將每年4月24日設立為“中國航天日”。首個中國航天日以“航天夢，中國夢”為主題。1968年《2001 太空漫游》中，出現了中國航天器的身影。今天的《地心引力》《火星救援》中依然出現了中國的火箭與空間站。從1970年的 “長征”一號到2016年發射的 “神舟”十一號載人飛船，每一艘飛船都載著中國人的航天夢。

“神舟”系列飛船（圖9）由3個部分組成：軌道艙、返回艙、推進艙。圓滾滾的軌道艙就是航天員在太空工作和生活的地方，里面除備有食物、飲水和大小便收集器等生活裝置外，還有各種科學實驗用的儀器設備。返回艙又稱座艙，是航天員的“駕駛室”，太空任務結束后，返回艙會打開降落傘，帶著航天員返回地球。推進艙也稱動力艙，呈圓柱形，內部裝載推進系統的發動機和推進劑，為飛船提供調整航行軌道以及制動減速所需要的動力。兩邊的“翅膀”則是太陽翼，為飛船提供電能。 “神舟”十一號有3層樓那么高，5輛小汽車那么重，它將在太空中與 “天宮”二號交會對接，形成組合體飛行30天，成為一座小型空間站。

圖9 “神舟”系列飛船

正如《星際迷航》中經典臺詞所說，因為有探索的欲望，我們才會不斷地設計出新的飛船。相比一百多年前，我們已經對宇宙有了更多的了解。然而宇宙何其廣大，人類又何其渺小，已知之外還有未知。這也就意味著我們永遠在暢想與發現的路上。無論在現實生活中，還是在科幻電影里，總會有下一艘飛船，帶著你駛向迷人的廣袤天際。

附：可供參考的影視作品有《黑星》《月球旅行記》《地球停轉之日》《2001 太空漫游》《星球大戰系列》《星際迷航》《阿凡達》《星際穿越》《火星救援》《地心引力》