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硬核科幻背后的中国制造底气

类别:科技 发布时间:2023-02-06 06:34:00 来源:每日看点快看

本文转自:南方日报

央企联合喊话《流浪地球2》

硬核科幻背后的中国制造底气

硬核科幻背后的中国制造底气

硬核科幻背后的中国制造底气

中国“天宫”空间站完全体渲染图。

硬核科幻背后的中国制造底气

高放环境探查机器人。

硬核科幻背后的中国制造底气

新一代“人造太阳”(HL-2M)装置。

硬核科幻背后的中国制造底气

现浇结构造楼机。

硬核科幻背后的中国制造底气

神舟十二号航天员乘组在轨拍摄作品。汤洪波 摄

《流浪地球2》自大年初一上映以来,在网络上引发热议。影片中横贯天地的“太空电梯”、纵横驰骋的“工程机械”、灵动可爱的“机械狗”等一系列极具硬核科技感的未来画面,让全球影迷直呼过瘾。有影评称,“中国科幻正越加敢想,越加会想。”

在中国科幻敢想背后,实际上是中国硬核科技给的底气。近日,中国核能、中国建筑、中国航天科技等央企纷纷通过社交网络联动《流浪地球2》喊话“你们尽管想象,我们负责实现”,并向全国网友展示“国家队”的科技装备水平:从载人航天、深海探测、能源化工、北斗导航到机械狗、智能制造……这些酷炫技术背后不单是我国最先进的科技创新的展示,更是一代代科研人员凝心聚力的心血。网友则对“国家队”联动海报纷纷点赞,“这大概就是中国式‘硬核’浪漫”。

南方日报记者 徐勉 王诗堃 通讯员 王国河 罗叔通

策划:吕虹

日前,南方日报记者联系到中核、中广核、中建、中航等科技单位了解到,在电影《流浪地球2》所演绎的未来场景中,不少创意来自于我国目前已投入使用的前沿科技装置,例如“行星发动机”与中核实验装置的相似性;比如运送聚变燃料的巨车,让人联想到中国大量生产的巨型矿车;又如机械狗“笨笨”,则是中广核的核工业机器人……这些“重器”装备背后的技术发展,不但已然让想象照进现实,更成为中国当下构建新发展格局、推动高质量发展的科技生力军。

制造业是立国之本、强国之基。如中国航天科技集团官方微博所言,“电影《流浪地球2》的想象,我航正在努力实现!”中国航天科技集团、中国核能、中国建筑、中国石油、中国石化、中粮集团等“国家队”敢于“团建式”亮相网络,背后离不开强大的中国“制造”与“智造”。

作为全世界唯一拥有全部工业门类的国家,我国正推动制造业发展质量变革、效率变革、动力变革,制造强国建设扎实推进。网友们看到此次联动后感慨,“你永远可以相信中国制造”。

大国“核力”支撑想象

电影中,人类为应对太阳危机,启动了让地球跨越2500年到新家园的宇宙之旅,名为“移山计划”,即在地球上安装超过1万台“行星发动机”来推动地球运动,从而实现“地球流浪”。

中核集团所公布的海报中,贴出了“流浪地球行星发动机”和中国环流器二号A装置、M装置的对比图。网友这才发觉,原来片中行星发动机的影像设计灵感正来自此处。

故事中的“流浪地球”计划里,人类建立起上万座行星发动机,每台发动机的高度比珠穆朗玛峰还高2.2公里,单台发动机能提供150亿吨的推力;利用重核聚变技术,推动地球离开太阳系。尽管有了如此强大的推力,也难以实现这一科幻目标,但影片利用影像手段把聚变能量直观展现出来,让观众们对核的能量有了更大的好奇心。

“电影中呈现的重核聚变是用地球上的石头里包含的这些硅元素当做聚变材料,进行聚变反应,也就是电影中提到的‘烧石头’,理论上是有一定的可行性的,但是以现在的技术手段还不可能。”作为核工业工作者,中核战略规划研究总院高级工程师苏杨看过影片后,感触颇深。他介绍,重核聚变是非常难的,实现核聚变首先要克服原子核之间的静电斥力,越重的原子核带电荷越多,越难产生聚变。

中核集团核聚变堆技术领域首席专家、国际热核聚变实验堆(ITER)计划科技咨询委员副主席段旭如则介绍,如今人类正在进行的科学研究是在实验室内进行的可控氘氚轻核聚变;若要在重的元素之间发生核聚变,要求的反应条件包括温度和密度等,要比氘和氚困难得多。但从理论上来说,若能达到相应的反应条件也是可行的。

从科幻观照现实,核聚变也的确是人类目前能认识到的,最终解决能源问题的最重要途径之一。核聚变反应是将两个原子核重新结合生成一个较重的原子核从而产生巨大能量的过程。

苏杨介绍,我国早在1983年就提出“热中子反应堆—快中子增殖堆—受控核聚变堆”的核能三步走发展战略。华龙一号示范工程按节点有序开展,在福建霞浦县的示范快堆工程稳步推进。在聚变堆领域,中核集团牵头的中国环流器二号A和新一代“人造太阳”中国环流器二号M正在承担国际热核聚变实验堆的相关前沿物理问题和关键技术的科研任务,实现了多个突破。

随着颠覆性前沿技术不断被攻克难关,“人造太阳”越来越接近现实,与电影中全球联合建造核聚变行星发动机开启“流浪地球”计划相似的是自1985年开始,为验证聚变能利用的科学和工程可行性,全球主要核能国家加入“ITER计划”,联合建造能产生大规模可控核聚变反应的国际热核聚变实验堆(ITER)。中国也于2006年正式加入ITER计划,提升了我国核聚变研发能力和技术水平。

2022年10月19日,中国新一代“人造太阳”(HL-2M)装置科学研究取得突破性进展——等离子体电流突破100万安培(1兆安),创造了中国可控核聚变装置运行新纪录,标志着我国核聚变研发距离聚变点火迈进了重要的一步,跻身国际第一方阵。

段旭如告诉记者,正因有这些现实依据为支撑,让《流浪地球2》具备一定的说服力。段旭如介绍,我国加入的国际热核聚变实验堆(ITER)计划,就是通过模拟太阳的核聚变反应产生能量,实现核能可控利用。中核集团新一代“人造太阳”装置去年实现了等离子体电流突破100万安培,创造了中国可控核聚变装置运行新纪录。正如中核集团在社交媒体上的发声——“你们尽管想象,我们负责实现”,电影中展现的众多想象,或许都是未来的现实。

机器人军团有“原型”

在《流浪地球2》中,又怂又萌还怕水的机械狗“笨笨”,跟随主人图恒宇处理完成了多项任务。而在现实核工业中,应急探测与多功能作业机器人是核事故发生后的一项特别的专业应急设备,这些机器人能够到达恶劣环境区域,通过传感系统获取核电站内的视频信息,以及辐照剂量、温度等环境参数,并实时传入指挥中心,从而为救援策略的制定提供准确信息和可靠的根据。同时,机器人本身携带具备多功能作业能力的装备,能够在危险时刻实现远距离操作。

在中广核的机器人战队里,除了像电影中那样灵巧聪明的“笨笨”机械狗外,还有庞大的机器人家族,它们形象不一,特长不同,面对紧急任务时能够发挥所长,担任团队中“探路者”“大力士”“精钢手”“粉碎机”的角色。

“冲锋在最前方的,常常是作为‘探路者’的高放环境探查机器人。”中广核研究院有限公司设备研究所智能装备室主任王超向记者介绍道,探查机器人通常是团队里的侦察兵,这款机器人身上携带者激光雷达、辐射剂量计等传感器。在遇到应急情况时,探查机器人能够辅助人工,快速将现实环境在计算机上虚拟重建,为整个团队找到路径最短或辐照最优的任务路径,“相当于团队中的通信兵”。

团队中的“大力士”核应急大负载双臂搬运机器人则搭载了多自由度大负载机械臂,抢险任务重,这个大块头能够在后方远程操作下,完成搬运、破碎、抱管、锯切、抓取等复杂作业。

核应急高精度拆解机器人作为应急任务中的“精钢手”,它的拆解作业臂采用高刚度六自由度混联构型,搭载拆解工具,可远程实现核应急多功能、“手术式”精准拆解作业。

作为核应急任务中的“粉碎机”,多功能破拆作业机器人可以像“钢铁侠”一样根据不同的粉碎任务自主切换形态。即使在复杂恶劣的环境中,该机器人也可以智能切换工具头,完成粉碎任务。

这些机器人所组成的机器人军团能够在核应急事故发生后,直接开往核反应堆厂房,获取反应堆厂房环境数据并传入指挥中心,为应急救援方案的制定和实施提供宝贵的参考依据,降低现场人员的受照剂量,节约救援时间。

“笨笨”除了一群特别能征善战的孪生兄弟完成核应急任务外,它身后还有一个“100多人”的庞大家族,这些成员主要完成在役核电的智能运维。

机器人军团的研发团队正是中广核研究院有限公司的“核电智能装备与机器人”创新团队。该团队围绕核电运维、应急处理及核事故救援等需求,已研发出核电智能装备与机器人产品100余款。

中国建筑的神奇力量

不论是向上建设“太空电梯”,还是向地下建设“地下城”,哪里有基建任务,哪里就有中国建筑的身影。正如中国建筑集团官方微博发布的,“我们有3D打印建造技术空中造楼机、智能建筑机器人、装配式建造技术、正在地下2400米深处建设中国锦屏地下实验室……天上地下,随叫随到”。

目前全球300米以上的摩天大楼中,接近70%都来自中国建造,这背后有一套更高效也更安全的利器——由中国自主研发建造的“造楼黑科技”——空中造楼机。

每台造楼机的“大脑”是控制中心,集成式的操作平台和显示器,对建造施工的各个环节进行实时监控。数据来自造楼机内不同位置设置的数十处监测点。比如,为确保千吨级钢平台的稳固,需要实时监测支撑系统,包括各个承重点的受力情况、支撑系统的垂直度、钢平台的水平度等。通过传感器,这些运行数据被实时反馈到控制中心。

造楼机还能测量高空的风向、风速,现场的温湿度等,并配备了临时消防和喷淋系统,能够除尘排污,也能消防应急。

40年前,由中建集团承建的深圳国贸大厦,曾创下了“三天一层楼”的“深圳速度”,当时采用的是滑模技术,同样是建造技艺的重大突破。

其后的40年间,中国的空中造楼机从无到有,并历经数次技术迭代。更轻量级的造楼机在住宅上找到了新的应用场景。住宅造楼机在广州、重庆、武汉等多个项目上投入使用,最快只需要80分钟就可以顶升一层楼。

除了向天上施工,向下挖掘是中国基建者的又一拿手好戏。在电影《流浪地球2》中,未来人类面对地表环境恶劣,栖息于每一个行星发动机下、地下5公里的“地下城”之中。

这样的“地下城”,或在现实中逐步成为可能,不过目前仅仅是因为重要科研实验。位于四川省凉山州的大山深处的中国锦屏地下实验室,埋深地下2400米,是目前全世界最深也是最大的暗物质实验室。2016年我国提出“向地球深部进军”,同年,经过二期扩建,中国锦屏地下实验室可用空间由之前的4000立方米增加到30万立方米,扩大近80倍。

越来越多样的建设需求,也让中国建筑者技艺越发精湛,如今,装配式建造技术已成为当前中国建筑者所努力的重点领域。中建四局工程技术研究院党总支书记、院长陈凯告诉记者,装配式新型结构技术系列产品基于“全装配、大构件、可变空间”的设计理念,提出新型剪力墙结构的设计技术和施工建造技术,通过结构布置优化剪力墙布置周边,实现建筑可变大空间,建筑施工功能最大化。

中国空间站的

未来项目

在电影中,面对危机,人类的备选方案之一是建造方舟空间站,用空间站带人类逃离太阳系。这是规模远超现有国际空间站和中国空间站的未来项目。

其实,早在2017年,中国航天科技集团公司第一研究院发布的《2017—2045年航天运输系统发展路线图》,就对这一科幻畅想做出了战略研究和顶层设计。路线图指出,“到2045年,进出空间和空间运输的方式将出现颠覆性变革,天梯、地球车站、空间驿站建设有望实现”。

对照电影中的时间线,不考虑虚构的“氦闪”背景,太空电梯及方舟空间站危机正是出现在2045年前后。按照现实中的科技发展速度,到2045年实现电影中的场景也并不算夸张。

以中国航天的标志性工程——中国空间站为例,作为中国载人航天工程“三步走”发展战略中的“第三步”,中国空间站的在轨建造以2021年4月29日天和核心舱的成功发射为开始标志。仅仅两年时间就建成中国空间站,中国速度令世界惊叹。

如果从《载人空间站工程实施方案》2010年立项获批开始计算,也不过十数年时间。这期间,在航天探索方向和技术路线上,中国航天也渐渐形成自己的特点,显示出世界航天领域中的中国智慧和中国方案:建造空间站,必须掌握载人天地往返、空间交会对接和在轨补加等关键必需技术。在交会对接技术试验中,科技人员研制出天宫一号目标飞行器作为交会对接的目标,大大减少了飞船的发射次数,降低了成本,同时也部分超前地实现了空间实验室的试验目标。

而航天科工集团也在社交网络上隆重介绍了当家产品“机械外骨骼”。在2020年12月“嫦娥五号”返回器搜索回收任务中,两名搜索回收队员就曾身着航天科工二院206所研制的外骨骼携带搜索设备快速机动至返回器着陆点。搬运外骨骼的负载能力达50公斤,穿上搬运外骨骼后,大大提升了单人负载机动能力。

不远的将来,在环境艰苦的工业领域,无论矿山、极地、太空,外骨骼产品将成为人类最好的助力,正如科幻电影中展现的一样。

链接

中国航天未来规划

2030年前后:重型运载火箭将实现首飞,为载人登月提供强大支持,并为火星采样返回提供充足的运载能力。

2035年左右:运载火箭实现完全重复使用,以智能化和先进动力为特点的未来一代运载火箭实现首飞,高性能智能化空间运输系统将实现广泛应用。

2040年前后:未来一代运载火箭投入应用,核动力空间穿梭机出现重大突破,小行星采矿和空间太阳能电站有望成为现实。

到2045年:进出空间和空间运输的方式将出现颠覆性变革,新型动力进入实用性开发,天梯、地球车站、空间驿站建设有望成为现实。

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