《流浪地球2》就是一部強調(diào)發(fā)動機試驗重要性的宣傳片

行星發(fā)動機與長二F火箭，電影海報的寓意十分深刻

雖然已至上元，但賀歲檔熱度卻一直未減，得益于多部高質(zhì)量影片的扎堆上映，1月份內(nèi)地票房大盤沖高到百億量級，其中話題度超高的要數(shù)《流浪地球》系列電影時隔4年后推出的續(xù)作—《流浪地球2》。雖然是續(xù)作，但是在時間線上卻是首作的前傳，觀眾們因此得以見到了短發(fā)版“秋雅”以及限時返場版的“姥爺”吳孟達，軍迷們也找到了雙座版J20的新功能—可以春節(jié)帶嫂子回家探親。超高話題度的另一面是影片門檻高，看不懂，甚至“昏昏欲睡”的評價。電影到底講了啥，從一個動力技術(shù)行業(yè)從業(yè)者的角度來看，電影全篇就是介紹了行星發(fā)動機的建造、試驗和使用的一個完整過程，并且重點強調(diào)了發(fā)動機試驗的重要性。

從情節(jié)上來看，影片可以拆分成若干個小段落（以下有輕微劇透），第一段是通過太空電梯對在建的軌道空間站進行恐怖襲擊，目的是迫使聯(lián)合政府放棄“移山計劃”（也就是后來的“流浪地球”計劃），第二段是通過建在月球上的衛(wèi)星發(fā)動機原理性試驗為在地球上行星發(fā)動機首次正式試驗爭取到了機會，地球上的正式試驗成功也標志著“流浪地球”計劃正式啟動，第三段是月球上的衛(wèi)星發(fā)動機出現(xiàn)事故，導(dǎo)致“地月危機”，第四段是通過摧毀月球的方式解決了“地月危機”，行星發(fā)動機提前聯(lián)機起動，“流浪地球”計劃開啟。把電影這樣簡化似乎就變成了行星發(fā)動機從建造到試驗再到投入使用的過程介紹，也就不存在大劇情看不懂的問題了，那么下一個問題就會出現(xiàn)，為什么發(fā)動機一定要做試驗，試驗到底有什么用？

太空電梯和行星發(fā)動機，《流浪地球2》為我們展示了發(fā)動機到底能夠多強大

發(fā)動機這個中文詞匯來自于英文engine的意譯，就是“發(fā)生動力的機器”的意思，也是因為意譯，它還有個別名叫做動力機。英語里engine這個詞的出現(xiàn)比發(fā)動機的出現(xiàn)早得多，意思是“設(shè)計精巧的機械裝置”，直到蒸汽機的大規(guī)模應(yīng)用后，engine才開始有了“將非生物能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置”的專屬含義，并伴隨奔馳的火車和遠洋的巨輪傳遍世界各地。發(fā)動機的功能描述起來簡單，但實際過程卻一點不簡單，在發(fā)動機獲取能量的來源依然主要是化石能源的當下，不管是內(nèi)燃機還是噴氣式發(fā)動機，需要解決的都是怎樣讓燃料更高效燃燒，以及如何利用燃燒產(chǎn)生的能量的問題，溫度和壓力既是穩(wěn)定燃燒能夠保持的條件，也是燃燒產(chǎn)生的能量的“存在”形式，發(fā)動機一方面要讓這些能量形式按照所需來平穩(wěn)轉(zhuǎn)化和輸出，一方面要讓自身不會被高溫和高壓所破壞，這是一個很難把控的脆弱的平衡態(tài)，一邊要追求極致效率，一邊要保證絕對安全。而且由于發(fā)動機對于整個系統(tǒng)的特殊性，發(fā)動機一旦出現(xiàn)事故，引發(fā)的災(zāi)難都是難以挽回的，比如電影中“地月危機”產(chǎn)生的源頭，便是月球上的衛(wèi)星發(fā)動機被超出自身管控范圍的巨大能量焚毀，導(dǎo)致月球墜落向地球；又比如由于一側(cè)助推火箭發(fā)動機密封失效，導(dǎo)致“挑戰(zhàn)者”號航天飛機全體宇航員遇難。所以雖然發(fā)動機看起來只是運輸工具上面的一個部件，但它的難度和風險很多時候甚至要高于運輸工具本身。

電影中，由于衛(wèi)星發(fā)動機損毀，人類不得不炸掉月球

但就是這樣一個核心到不能再核心的部件，它的核心理論時至今日依然沒有數(shù)學工具能夠準確的去描述，發(fā)動機雖然本身是一個二級學科，但其理論核心卻處于多個學科的前沿交叉點上，很多的關(guān)鍵過程沒法用數(shù)學工具去準確描述，因此雖然計算機的軟硬件技術(shù)水平日新月異，但用數(shù)學方法去描述和評估發(fā)動機的工作狀態(tài)依然是不準確的。這個問題在電影中依然沒有解決，雖然人類科技已經(jīng)牛到了能建成行星發(fā)動機，但依然只能通過試驗來驗證和考察行星發(fā)動機，這還是在人類算力天花板—550系列加持的情況下，足見發(fā)動機理論體系的艱深。試驗是個好東西，是科學能夠從哲學中分離出來的關(guān)鍵過程，從發(fā)動機出現(xiàn)開始，尤其是對于航空航天用的發(fā)動機，試驗一直是研究和驗證的重要手段，沒有之一。甚至可以這么說，發(fā)動機研制可以不做數(shù)值分析，但是不能不做試驗。

現(xiàn)實中火箭發(fā)動機的地面試驗，是不是和電影里衛(wèi)星發(fā)動機和行星發(fā)動機試驗形式很像？

發(fā)動機要做的試驗都有哪些呢？按照不同分類方式，會有很多種試驗形式，本文結(jié)合電影做一下籠統(tǒng)的介紹。按照系統(tǒng)分類，可以分為部件級試驗和整機級試驗；按照試驗開展的位置，可以分為地面試驗和飛行試驗；按照試驗的內(nèi)容可以分為驗證性試驗和考核性試驗。在研制階段初期，進行的比較多的是驗證性試驗，一種是原理性驗證試驗，這時候的試驗對象一般是一臺發(fā)動機原理樣機，這臺發(fā)動機很可能和后面量產(chǎn)型的發(fā)動機有很大區(qū)別，僅僅是用來驗證核心工作原理的，電影里馬兆和圖恒宇參加的那次月球上的點火試驗，就是這一類驗證核心工作原理的試驗。這類原理性驗證試驗通過了，證明原理可行之后，會對真正的發(fā)動機樣機開展大量的驗證試驗，驗證的內(nèi)容是發(fā)動機滿足設(shè)計指標的能力，比如說工作效率、推力、工作時間等等，驗證性試驗可以幫助設(shè)計者了解發(fā)動機的真實性能與工作邊界，讓他們能有的放矢的對發(fā)動機進行針對性的改進與完善，最終能夠研制出完全滿足設(shè)計要求的發(fā)動機，更像是隨堂考試?？己诵栽囼炓话愠霈F(xiàn)在研制過程的中后期，類似于結(jié)業(yè)考試，一般都是按照設(shè)計的指標要求對發(fā)動機逐項進行考核，只有考核全部通過了，發(fā)動機才能上崗工作，考核試驗其中有一項十分重要，那就是環(huán)境試驗，因為發(fā)動機在研發(fā)階段的驗證性試驗，一般都只是在研發(fā)單位的單一環(huán)境條件下去進行，但是發(fā)動機的貯存和工作地點卻可能是世界各地，天上或水下，所以要對不同的預(yù)設(shè)使用環(huán)境下的發(fā)動機性能進行考核，看看在邊界環(huán)境條件下，發(fā)動機還能不能按照最初設(shè)計的狀態(tài)去工作。發(fā)動機的試驗一般都是從部件開始，部件驗證和考核結(jié)束后，再進行發(fā)動機整機試驗，之后還要與平臺進行聯(lián)合試驗，地面試驗驗證和考核做完，再進行飛行試驗，“把問題都解決到地面上”是錢學森給中國航天部門留下的戒律之一。當然，為了縮短研制周期以及壓縮研制經(jīng)費，很多試驗都是可以結(jié)合進行的，比如電影中，行星發(fā)動機的首次啟動性驗證試驗，也同時是與地球作為一個系統(tǒng)的功能驗證試驗，驗證了行星發(fā)動機是可以推動地球的。

發(fā)動機試驗永遠震撼人心，也永遠與危險相伴（《我和我的父輩》）

發(fā)動機的試驗是一門很大的學問，既需要有科學的試驗方法，還需要有配套的試驗設(shè)備和試驗環(huán)境，也就是我們常說的發(fā)動機試驗臺。不同的測試對象、測試項目和測試要求對應(yīng)著不同的發(fā)動機試驗臺。發(fā)動機研制的高門檻和高投入，試驗是相當大的影響因素，既占用了很大一部分研制成本，也決定發(fā)動機性能的優(yōu)劣。在地球上給發(fā)動機做試驗已經(jīng)是一個十分燒錢的項目了，像影片那樣去月亮上給發(fā)動機做試驗，也許僅存在于科學幻想中了。