《流浪地球2》不仅是⼀部优秀的科幻电影,其中也蕴含了许多先进科技,幕后更有诸多奇闻轶事。科幻V计划5邀请到了《航空知识》杂志主编王鑫邦⽼师、徐⼯集团的王殿博⽼师以及中科院物理所副研究员李治林⽼师,带我们了解电影中的航空知识。
垂直起降实际上是⼀个⽐较⽼的技术,最开始是英国⼈跟苏联⼈在搞。
他们搞那个东⻄的初衷是因为这两个国家海军的航⺟不好,他们没有美国那么⼤的航⺟,如果在⼀个⼩吨位的航⺟上放舰载机的话,它就需要有这种垂直起降的技术。英国⼈造了“海鹞”式战机。后来在⻢岛海战打得⾮常好,⼀战成名,⽽且“海鹞”战⽃机还卖给了美国。我们看美国电影《真实的谎⾔》,施瓦⾟格最后开着那架战⽃机悬停放导弹,这个就是垂直起降⻜机。现在最新的垂直起降战⽃机就是美国的F35B。
F35这个机型最开始是联合打击⻜机。F22出来之后,我们标榜这是第五代战⽃机,追求⼏个S,就是超声速巡航、隐身、超机动等,所以F22这代⻜机的造价特别⾼。美国⼈想让所有的军队⽤相同的战⽃机。但是这⾥就出现⼀个问题,空军、海军和海军陆战队他们对⻜机的要求不⼀样。空军呢,正常起降战⽃机就可以了,海军的话,它需要着舰,所以他就需要垂直起降,然后就搞出了F35的A型,B型和C型,这个B型,就是垂直起降。
电影⾥的歼20C,垂直起降的⽅式和F35B⾮常像。就是中间有⼀个升⼒⻛扇。脊背有⼀个开⼝,实际上是升⼒⻛扇进⽓的部分,进⽓之后,底下开⼝喷⽓,中间产⽣⼀个升⼒,最关键的是两个尾喷⼝是可以偏转向下的,整个⻜机就达到⼀个垂直起降状态。F35B跟这个就是原理是⼀样的,唯⼀的不同就是F35B是⼀个单发,就是只有⼀个发动机,歼20C是⼀个双发。
科幻V计划《流浪地球2》中出现的⽆⼈机蜂群作战的技术,现在现实中其实是有迹可循的吗?也不是有迹可循,⽽是这是⽆⼈机发展的⽅向。蜂群或者是⼈⼯智能集群是⽆⼈机发展的⼀个趋势。发展的难点是统筹,这个统筹我们⼀般认为在于⼈⼯智能。每⼀个⽆⼈机它都必须和总部联系,就像电影⾥的Moss⼀样。
举个例⼦,很多城市都有⽆⼈机表演,它基于的是⼀种有中⼼的⽆⼈机集群,就是有控制中⼼的,就是地下有⼀个控制站,然后输⼊⼀个脚本,脚本变成程序控制⽆⼈机,但是如果其中有⼀架⽆⼈机坏了,⽐如说不闪光了,或者掉下来了,其他⽆⼈机也不会去补位,就得等着下⾯的控制⼈员控制它去补位。
蜂群的概念就是不需要中⼼控制,⽆⼈机上天之后,⽆⼈机和⽆⼈机之间的位置关系由它们⾃⼰决定,它们⾃⼰就有⼀个⽐较强的智能,⾃⼰就能计算出它下⼀步要怎么做。
这种集群有点像蚁群,或者说蜂群,它可能每⼀个单位⾮常弱⼩,但是它集合起来会有⼀个集体智慧,传统的集群是没有集群智慧,或者说没有⼈⼯智能的,整个过程必须得有⼈控制,到了蜂群这个阶段,理想效果就是我只告诉你要从A点到B点,中间有什么困难你⾃⼰去解决,⽐如说还是刚才我们说的要做⼀个⽆⼈机的三⻆形,如果要⽤蜂群技术的话,其中有⼀架⽆⼈机坏了,不⽤地⾯给它指令。
它们⾃⼰就会重新排布,旁边的⽆⼈机会⾃动补位,它们还是⼀个三⻆形,但是那个三⻆形会重新排列,会变成稀疏。
科幻V计划理想的蜂群技术,不是通过⽹络是吧?对,理想的蜂群技术不需要外部⽹络,是他们⾃⼰⾃主管理。现在的中⼼控制⽅式,控制中⼼是相当于基站,然后通过信号控制每⼀个⽆⼈机。
不过未来⽆⼈机蜂群,⽹络带宽也是⼀个瓶颈,因为蜂群需要⽆⼈机跟⽆⼈机之间不停的通信,汇报位置,如果⽆⼈机跟⽆⼈机之间的距离远了,通信不到的话,就需要中继,也就是说需要⼀个中继⽆⼈机,这实际上就是蜂群技术⾯临的⼀个硬件的瓶颈。蜂群要⾜够⼤,它的能⼒才⾜够强,但数量⾜够⼤的时候,就⾯临着这种问题。其实还有⼀个问题,就是环境过于复杂的话,还⾯临通信⼲扰。
实际上解决办法还是单体的⼈⼯智变强,这样通信信号可能会变短,通信的命令更简短了。所以蜂群技术的核⼼点就是⼈⼯智能技术。
科幻V计划⽆⼈机蜂群之间是如何产⽣集群智能的?这个问题现在还是⼀个科幻问题,我们可能只能通过模拟了解对这种集群智能到底是怎么出现的。⼤家就是不知道为什么⼀群蜜蜂就可以做⼀个那么精巧的蜂巢,明明每⼀只蜜蜂都很简单。
就像DNA,也就那么⼏个碱基对,然后它们有规律的排列在⼀起,就可以产⽣很多的变化;像氨基酸,也就⼏⼗种氨基酸,可以组合成很多很多种蛋⽩质。就是⾮常简单的规则,在⼀个庞⼤的数⽬当中,它会表现出怎么样集体的性质,其实是⾮常难预测的。
科幻V计划我们真正遇到这种能够协同作战的⽆⼈机群之后有没有什么应对的⽅式?
实际上这就是反⽆⼈机,由于这⼏年⽆⼈机应⽤⾮常⼴,尤其在⼀些热战中,⼤家可以看到⽆⼈机的作战效率已经远远超过传统⽅式。⼤家⼀直都在想怎么去反⽆⼈机,但是⽬前反⽆⼈机的⼿段⽐较少。电影中有⼲扰枪,⼲扰枪是现在现在⽐较常⽤的⼀种⽅式。
⽆⼈机本身属于⼀种⼩低慢⽬标,你要把它打下来,⾸先你得要看到它,但是⽆⼈机和传统有⼈机最⼤的区别就是,它可以⻓时间在⼀个地⽅不停地巡逻,⽐如说阿富汗战争中,在没有⽆⼈机的情况下,美国⻜⾏员驾驶F16在阿富汗上空巡逻,也就⻜半个⼩时。时间再⻓的话,⻜机没油了,⻜⾏员也受不了,但是⽆⼈机可以做到24⼩时⻜。另外对于⼀些⽆⼈机,它体积特别⼩,还是⾮⾦属的。所以传统的雷达看不⻅。
所以发现⽆⼈机实际上是⽐较麻烦的⼀件事。
但是如果⼀旦发现的话,现在主要的对抗⼿段就是电磁⼲扰,⼲扰⽆⼈机的通信信道。另⼀个想法是⽤⽆⼈机对抗⽆⼈机,对⽅有⽆⼈机,难道你没有吗?现在国外有类似的⽐赛,就是⽆⼈机追逐战,实际上就类似于⽆⼈机反⽆⼈机的⼿段。不过,⽆⼈机是消耗品,还是⼲扰最划算。还有像是⽯墨弹这种⼿段,对电路造成⼲扰也⾏,其实还有⼀种就是产⽣⼀个很强的电磁脉冲,瞬间烧坏电路。
但是就像刚才说的,最麻烦的或者最困难就是发现⽆⼈机,找得到的话,你拿步枪都可以打下来,所以现在还是得加强探测技术,对于这种⻜⾏器⽐较⼩,⻜得⽐较低,⻜得还⽐较慢的⽬标,历来都是难以防守的。电影中使⽤近防炮,密集阵应对⽆⼈机有⼈说到雷达,雷达本来就有⼀定⾼度。
⻜的太低的话,雷达是照不着的,可能⼤家会考虑把雷达装在⻋上或⻜机上,其实就是预警机嘛,预警机对它也没有那么有效,因为预警机使⽤成本太⾼了,最安全的⽅法就是做⼀堆⻜机,划分⽹格,每个有⾃⼰巡航的区域,然后我们整个把⾃⼰的⼀⽚天空给覆盖了,但敌⼈只有⼀架⽆⼈机反倒不划算,把⾃⼰消耗了,不怕贼偷,就怕贼惦记。
俄国⼈的做法就简单粗暴,他对那⼀个区域强⾏⼲扰,⽤⾃⼰的电⼦⼲扰机⻓时间徘徊,⼀旦发现情况就全频段⼲扰,其实我们那也有⼀点类似应⽤,我们也有些场所⽆⼈机禁⻜的,我们在这个区域内会有⼀个电⼦围栏,但这毕竟是⺠⽤的嘛。
科幻V计划⽆⼈机能做到电影中那么强⼤吗?刚才说⽆⼈机是低空⻜⾏,电影⾥⾯的⽚段,就是俄国⼈跟那个⽆⼈机战⽃的⽚段,⽆⼈机已经⻜到这么⾼,竟然能跟战⽃机作战了,这是不可能的,实际上他是表现⼀个科幻效果,像这种多旋翼⽆⼈机,本身是⼀个低速⻜⾏的布局,他不可能赶上苏57的,苏57可以达到两⻢赫以上,⽆⼈机不可能⻜得那么快。
⽆⼈机追击苏57是不可能的科幻V计划电影中⻜⾏员的头盔看起来也很⾼级,⾮常有讲究,具体体现在哪呢?其实这也是⼀个中国制造团队制作的,他们⽤3D打印的⽅法,⾮常精细地设计这个头盔的结构,不仅解决了头盔当中的那个散热问题,⽽且考虑到电影拍摄,头盔上⾯还有补光的这个功能,所以看到演员⼀点都不⿊,⾃带美颜。
全是友军其实现在的⻜⾏员头盔也是越来越⾼科技了。
传统战⽃机的话,是有⼀个屏显,现在⼀些⾼级的⻋也会有,就放在⻛挡上,可以看到⻋的速度什么的。
现在的战⽃机还有头盔显示,就是电影⾥的那个AR眼镜那种感觉,可以选择⼀些主要信息在头盔上显示,还可以进⾏头盔瞄准,就⽐如说苏57的超机动动作,就是从⼀个被攻击位变成⼀个攻击位,这个在过去的话,战术价值很⼤,但是现在战术价值没有那么⼤,其中⼀个原因就是可以头盔瞄准,⻜⾏员看到你的时候,头盔就可以直接瞄准你,然后导弹就打过去了,你⻜得再⾼也躲不开了,现在的导弹已经可以做到⼤离轴⻆发射,根本躲不开。
本⽂为2023年4⽉14⽇科幻V计划直播回顾上集,主要摘录主讲⼈王鑫邦部分内容,剩余回顾请关注图⽂回顾下集,全程视频回顾请关注bilibili@⼆次元的中科院物理所。