通信人眼里的《流浪地球》

ittbank 2019-03-01 17:45


最近,国产科幻电影「流浪地球」在各大院线火热上映。根据票房情况来看,口碑爆棚,好评如潮。



作为一名技术控工程师、伪科幻爱好者,小枣君当然不愿错过这部号称“中国科幻电影里程碑”的佳作,于是,赶紧跑去电影院一睹为快。


不得不说,这部电影确实不错,远远超出了我的预期。影片场面非常宏大,效果震撼,构思新颖,细节处理也很用心。看得出来,投资方砸了不少钱,主创团队也付出了极大的努力,是一部走心的作品。


电影里的故事,发生在2058年左右。


在那个时候,太阳急速衰老膨胀(小说原著里是“氦闪”),地球也将被太阳吞噬。所以,人类在地球上安装了1万多个推进器(重核离子发动机),将地球推离太阳系,开始2500年的旅程,前往4.2光年外的新家园(半人马α星系)。



在这个过程中,地球途经木星的时候,被木星巨大的引力吸引,即将被撕碎。于是,人类众志成城,展开救援行动。主角们挺身而出,历经千险,最终成功挽救了全人类的命运。


具体的电影情节和人物之类的,我就不多剧透啦。建议大家去影院捧个场,只看场面效果,就已经值回票价了。



作为一名通信汪,小枣君今天这篇文章想说的,是这部科幻电影里面的“通信知识”。


具体来说,就是在影片当时的环境背景和技术条件下,人物角色之间,究竟是如何实现通信的。影片中的通信场景,又能给我们通信人哪些启示。



我们顺着电影的剧情场景,一个个来看吧。


首先是地下城场景


因为地球停止公转和自转,引发海啸,所以导致海平面上升了几百米。又因为温度骤降,变成了冰河。人类无法在这样的环境下生存,只能被迫通过抽签,转移到地下5000米的地下城生活。


位于推进发动机下面的地下城


在这段剧情里,通信相关的画面出现得不多,几乎没有。其实,地下城这种情况下,人类进行通信也并没有什么难度,估计和我们现在的通信方式没有很大不同。


一个较为封闭、狭窄的地下空间,大型的宏基站基本上是没什么用处了。小枣君估计,基本上都是采用的室内微基站的方式部署,这些基站天线应该隐藏在天花板或其它隐蔽的角落里。



电影的时间设定距今大约50多年。掐指一算,现在是5G,那个时候估计都10几G了吧。带宽应该会很高,速率应该也会很快,不知道有没有达到万兆每秒。可惜,影片中没有看到由高带宽带来的具体未来应用。电影里面的人们,还是在玩“老玩意”。貌似也没有看到有人使用手机之类的东西。


影片中的“老玩意”——魂斗罗


剧情很快发展到了地面,也就是地表。


这个时候,对通信的挑战,算是真的来了。


此时的地球表面,温度是零下84℃,极度严寒,空气湿度很低,环境极为恶劣。



我们目前的基站天线,就算是专门用于室外的宏基站天线,工作温度基本是在零下40~零上70。显然,无法适应那时的要求。


高寒地区的基站


相信随着时代的发展,科技的进步,材料工艺会有所突破,应该能制造出满足要求的天线。


不过,不知道大家注意到没有,整部电影里,竟然没有看到过基站!(也许是我漏看了,欢迎大家帮忙找找)


难道说,那个时代,因为地表的恶劣环境,已经彻底无法使用传统移动通信手段了?已经无法使用基站这样的蜂窝通信设备了?


冰封城市


细细想想,还真有这个可能。地面已经变成荒漠冰原,不适合人类居住。像如今这样的地面无缝覆盖,其实意义已经不大。


况且,即使天线能够支持,BBU设备部分,还有承载网部分,这些机柜机架,很难正常使用。光缆的布设和维护,设备的供电,也会存在很多问题。


基站不仅只有天线,还有很多设备


小枣君估计,除了地球推进发动机所在的区域,其它区域都不太可能有移动通信基站。


推进发动机所在区域,还有周边的矿区,人员有密集活动,如果架设一定数量的基站和天线,还是可以方便工作人员进行通信的。


运输车


大家在电影里看到的大量的运输车,包括电影主角所驾驶的运输车,应该都配有车载通信装置,方便车内人员与外界进行联系。



那么问题来了,电影中,主角他们从北京到济宁,再到上海、杭州,一路几千公里,都经过了无人区。电影的一半剧情,发生在无人区。在这些无人区里面,是如何保证通信的呢?


主角车队经过无人区


在我们现在这个时代,如果没有有线传输(光纤或电缆),也没有移动通信基站,想要进行远距离通信,第一个想到的办法,就是卫星


卫星通信


这里就诞生了小枣君对整部电影最大的困惑——卫星在哪呢?


大家应该注意到,在电影的场景设置中,“领航员号”空间站是负责导航、预警和通信保障的。说白了,它算是一颗卫星。


“领航员号”空间站



但是,空间站是在地球的前面带路,地球在后面跟随。而中国所在的区域,是在有推进发动机这一面。也就是说,在地球背向空间站的那一面。


画个图,大家就看明白了。



如果是这样的话,空间站上,刘培强中校想要通过卫星通信的方式,和王磊上尉、刘启小鲜肉这拨人通信,是存在问题的。因为两者之间,是被地球遮挡住的。空间站不在王磊他们的视线范围内。


如果一定要进行通信,最有可能的方式,就是空间站和地球正面的卫星地面站先建立联系,然后地球地表通信中继节点,再进行逐一传递,将信息从地球正面传递到反面。



而这一段的长距离通信,如果没有光纤或电缆,又将靠什么呢?


小枣君想了想,应该有两种方式,一种是超长波通信,还有一种是微波接力。


超长波通信,波长在1万米至10万米之间,地波传输距离极远,传播稳定可靠,尤其是在磁暴、太阳黑子爆发、核爆炸等极端恶劣的环境下,仍然能使用。而且,它有很强的穿透能力,能够穿透海水和土壤。所以,一直以来,都作为潜艇水下通讯的主要手段。




冷战时期,美苏两国就建了很多的超长波通信站,用于和全球各地潜伏的核潜艇进行通信,是本方核力量的重要组成部分。我们国家也和老毛子合作,建设过超长波电台(当时还闹过分歧,有兴趣的同学可以百度一下这段历史)。


超长波通信有一个缺点,那就是发射天线非常庞大。大家如果看过小枣君之前的5G科普,应该记得我曾经说过,通信系统里,波长和天线的大小成正比。波长越大,天线越长。超长波,就意味着超大的天线。


超长波的天线有多大?看这里:


几百米高,这还只是一小部分


所以,超长波的建设成本很高,并不是一般的小国家能够玩得起的。考虑这部电影所处时期的特殊情况,估计地球联合政府应该会斥巨资建立很多这样的通信站。


超长波还有一些缺点,就是频带窄,容量小,不适合大数据量的传输。也就是说,语音和文字应该问题不大,如果是视频的话,可能有点够呛。


除了超长波之外,就是微波中继了。


这个小枣君之前也给大家介绍过(链接),微波中继就是一个接一个的微波站,进行信号传递,将信息传递到目的地点。


微波中继


目前我们所处的年代,很多条件恶劣、地形复杂的地区,无法布放光缆,就是采用的这种方式。


微波天线


这个方式的难度应该不算大,主要问题应该也是集中在设备运行环境要求上,不知道是否能应对恶劣环境的考验。


除了超长波和微波中继,我突然还想到一个办法,那就是飞机中继。如果没有低轨道卫星,那么用飞机在天上做信号中继,其实也算是一个办法。电影里不是就有飞机在飞来飞去嘛,紧急情况下,就像预警机一样,保障通信,也不是不可能。


影片中的大飞机


总而言之,在电影所描述的环境中,保障通信确实不是一件容易的事。


但是,很显然,当时的通信人还是做到了。


通信不是万能的,没有通信是万万不能的。


设想一下,如果吴磊上尉带领的救援队无法和空间站联系,或者,他们无法和其它救援人员联系,那么,逃离木星的任务肯定是无法完成的。地球嘛,肯定也就GG(GAME OVER)了。


一想到这里,作为通信人的我,胸前的红领巾更加鲜艳啦。




这部「流浪地球」电影上映之后,虽然好评很多,但差评也不少。


除了对战狼式个人英雄主义的质疑之外,更多的争议,集中在影片的科学常识上。


有人认为,电影里面很多地方都存在科学常识错误,容易对大众产生误导,尤其是对中小学生,会带来不利影响。


其实,在小枣君看来,这只是一部科幻电影,不是科教纪录片,有一些天马行空的想象,是很正常的。脱离现有的科学常识,也是很正常的。和科幻片较真,真的没什么必要。漫威的英雄电影,哪一部经得起推敲了?就算是同类型的「2012」、「星际穿越」,也有很多漏洞。


如果真的要细究的话,我觉得,最应该被骂惨的,就是机器猫吧?



有时候,我们就是被传统的固化思维所束缚,所以没办法更进一步的创新,没办法突破技术瓶颈。感觉就像是“三体”里面,科技被“智子”锁死了一样。


越是所谓的“专家”,越喜欢批判别人。精彩的科幻小说,作者往往都是专业领域之外的人。


曾经在电厂负责“修电脑”的刘慈欣

(《三体》、《流浪地球》作者)


可爱单纯的小朋友,总能提出各种奇思妙想,抛出颠覆常理的idea,例如,太阳为什么不能发出五颜六色的光?我们为什么不能在海里生活?动物能不能和我们说话?……


长大之后,接受了教育,反而扼杀了想象力,给自己设各种限制。


对于流浪地球这部电影来说,我们应该给予更大的宽容和理解,鼓励更多类似的尝试。这部电影的成功是好事,但即使是失败,也应该报以掌声。如果所有人都因为害怕被质疑、被批评,而不敢迈出第一步,我们就永远得不到进步。


回过头来,看我们通信技术的发展,也是如此。


电影里对通信技术的想象力,我觉得仍然不够大胆。演员们还在用老式的通信手段,佩戴老式的通信设备,并没有新颖的东西出现。在我看来,创新还是不足的。


使用车载对讲机的吴孟达(饰演 韩子昂)


航天员使用手臂上的通信装置(就像手机缝在衣服上)


也许,那个时候我们的量子通信已经不再只是用于加密呢?也许量子纠缠态已经可以应用于数据传输了呢?也许光子通信、质子通信也出现了呢,也许通信设备已经植入体内,可以实现脑电波直接通信了呢?


真是有点意犹未尽呀。


不管怎么说,小枣君对这部电影还是较为满意的。如果打分的话,我会打80分,小鲜肉的演技、还有剧情设置、台词等方面,确实不尽如人意,还有很大的提升空间。


希望流浪地球只是一个开端,能带动更多更好的科幻作品出现。更希望这些科幻作品能引领全人类思维创新热潮,开辟一个全新的科技时代!




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来源:鲜枣课堂


投稿邮箱:ittbank@ittbank.com

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