縱觀浩瀚宇宙，諸多星辰閃耀，地球本是滄海一粟，卻在漫天星河中綻放出了生命的花朵。從人造地球衛(wèi)星到深空探測器，從登上月球到馳騁星際空間，人類從未停下向黑暗宇宙探尋的腳步，這也幫助很多文學(xué)創(chuàng)作者、影視工作者“激活”思想之海。他們汲取科學(xué)養(yǎng)分，暢想未來的航天事業(yè)，使得電影中出現(xiàn)了諸多令人難忘的航天元素。你都記得哪些難忘的瞬間？這些航天元素背后又有哪些航天知識呢？讓我們細(xì)細(xì)回味。
月背的“黑匣子”和“嫦娥四號”
電影《2001：太空漫游》中，航天員們在月球背面發(fā)現(xiàn)了一個有著完美比例且發(fā)射電磁波的黑匣子，或許潛藏著有關(guān)人類來源的秘密。雖然這個黑匣子并未在現(xiàn)實的月球上發(fā)現(xiàn)，但該電影對月球背面的暢想足以令觀影者難忘。
電影《2001：太空漫游》劇照
數(shù)千年來，中國先民根據(jù)月球正面月海的形狀，創(chuàng)造出了嫦娥、玉兔等神話傳說，而月球背面長期是未解之謎。
2019年1月3日，“嫦娥四號”成功落月，使得中國成為第一個在月球背面實現(xiàn)探測器軟著陸的國家。該探測器借助鵲橋中繼星，將世界上第一張近距離拍攝的月背影像圖傳送回地面。從此，人類對于月球背面不再是一無所知，探測月球的新篇章開啟了。
嫦娥四號月球探測器和中繼星
雖然“嫦娥四號”探測器并未發(fā)現(xiàn)奇妙的黑匣子，但無形中承載了探究人類乃至宇宙起源的重要任務(wù)。由于月球背面是長波無線電“最干凈”的環(huán)境，通過探測、研究那里，可以清晰地收集到很多宇宙早期遺留的信息，使得科研人員可以更好地了解我們生存的環(huán)境。
旋轉(zhuǎn)圓環(huán)空間站和國際空間站
在諸多包含航天元素的影視作品中，空間站及其擴建的航天城是劇情推進的關(guān)鍵地點。有趣的是，在《流浪地球》《星際穿越》等影片中，創(chuàng)作者們參考航天背景知識，創(chuàng)造了繞中間軸旋轉(zhuǎn)的圓環(huán)結(jié)構(gòu)空間站。
為何創(chuàng)作者們會不謀而合？因為旋轉(zhuǎn)圓環(huán)空間站在理論上可以克服失重的困擾。當(dāng)前，航天員在太空中長期處于失重狀態(tài)，難免給身體帶來一定的損害。而在科幻作品里，人類要在太空中長期工作生活，在空間站中享受重力就成為“剛需”。
1975年設(shè)計的環(huán)形空間站
然而，理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感。目前空間站受限于材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制系統(tǒng)等因素，還無法做成圓環(huán)結(jié)構(gòu)。如果想在空間站中獲得與地球表面近似的重力，也就是艙內(nèi)加速度接近重力加速度，還要避免旋轉(zhuǎn)對人體造成傷害，那么圓環(huán)空間站的半徑至少要達(dá)到180米，而國際空間站的長度也不過是110米，所以建成不再失重的空間站還面臨著一定困難。
發(fā)現(xiàn)號航天飛機上拍攝到的國際空間站
此外，旋轉(zhuǎn)圓環(huán)空間站必須重新規(guī)劃內(nèi)部結(jié)構(gòu)和艙口?，F(xiàn)役和正在研發(fā)的空間站內(nèi)部包括節(jié)點艙、生活控制艙、資源艙等，設(shè)置了對接口、飛船停泊口、人員出艙口等。如果換成旋轉(zhuǎn)圓環(huán)空間站，從形狀到空間利用率，從管線布置到抗過載設(shè)計，這些設(shè)施都可能要“推倒重來”。
“太空拆遷”和中國機械臂
《太空部隊》《2001：太空漫游》《為了全人類》等涉及航天元素的影視作品，都突出展示了機械臂在太空中的作用：有的精巧靈活，體現(xiàn)了未來太空工廠的光明前景；有的上演“太空拆遷大戰(zhàn)”，緊張刺激又惹人捧腹；還有的在飛行器對接空間站、太空城時，使用機械臂輔助固定與操作。
美劇《太空部隊》中的機械臂
事實上，在空間站中，機械臂起到不可或缺的關(guān)鍵作用。在天和核心艙機械臂支持下，我國已有多名航天員成功出艙，完成艙外擴展泵組安裝等一系列作業(yè)。隨著問天實驗艙機械臂成功部署，中國空間站擁有了更加靈活的操作工具，能夠更好地承擔(dān)小型載荷安裝任務(wù)，在對接目標(biāo)適配器時，產(chǎn)生的沖擊力更小，安全性提升，也降低了運營成本。
據(jù)公開資料顯示，問天實驗艙機械臂具備7個自由度，確保進行“頭尾互換”的艙體表面“爬行”作業(yè)，未來能在空間站三艙之間大范圍轉(zhuǎn)移。其對接機構(gòu)設(shè)計成三指捕獲式，可以獨立支持航天員艙外作業(yè)。
總之，通過2種機械臂強強聯(lián)合，優(yōu)勢互補，可以進一步擴大觸達(dá)范圍與距離，改善位姿精度。到時候，我們有望見證中國空間站機械臂直接從貨艙抓取貨物，搬運至實驗艙外暴露載荷點，精確地實施安裝作業(yè)。
中國空間站核心艙機械臂與實驗艙機械臂級聯(lián)組合
太空漫游和太空授課
影視作品中，航天員在太空中度過或孤寂或疲憊的時光后，突然與戰(zhàn)友、親友取得聯(lián)系，身心備受鼓舞，情到濃時，催人淚下。自電影《2001：太空漫游》起，航天器內(nèi)或外星球上的工作人員與地面人員開展實時面對面溝通，就成了幾乎必備的航天元素。
2021年12月9日，3名“太空教師”與地面觀眾成功進行了面對面溝通，向全世界展示了中國空間站上的工作生活場景，演示了微重力環(huán)境下的奇異現(xiàn)象，而航天實時通信技術(shù)就是太空課堂成功的關(guān)鍵保障。
中國空間站上的“太空課堂”
為此，我國陸續(xù)在各地建設(shè)了很多基站系統(tǒng)，構(gòu)筑了龐大的地面通信網(wǎng)絡(luò)，以便天地通話能夠獲得更穩(wěn)定持久的信號。由于無法將地面天線覆蓋到全球范圍，我國還部署了起到“橋梁”作用的中繼衛(wèi)星。它們能夠及時接收空間站發(fā)出的信號，解析并發(fā)送回地面。
隨著傳統(tǒng)無線電通信技術(shù)遇到性能“瓶頸”，光通信技術(shù)逐漸推廣，其傳送數(shù)據(jù)的速度是普通電波的7倍以上，還具有信息容量更大、使用成本更低、抗干擾能力更強等優(yōu)勢。
隨著航天知識積累和電腦特效技術(shù)進步，影視作品中的航天元素呈現(xiàn)方式越來越天馬行空，《流浪地球》里點燃木星的壯烈，《星際穿越》中挑戰(zhàn)黑洞的震撼，《地心引力》中俯瞰地球的浩瀚之美，《獨行月球》里火箭助推袋鼠飛躍地球“背景板”的刺激……
隨著人類探索宇宙的深度、廣度逐漸加強，航天技術(shù)不斷突破難關(guān)，相信更多優(yōu)秀的影視作品會體現(xiàn)航天新成果，為航天人提供新靈感，為觀影者呈現(xiàn)更多視聽盛宴。
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