從岩石力學角度講,《流浪地球》中的行星發動機的設定是完全站得住腳的_風聞
西风悍马-2019-02-17 13:30

《流浪地球》真是部好片子,不瞞大家,我也曾有這樣的想法,在發生太陽系毀滅之前,給地球安裝大推力火箭推進裝置,逃離太陽系,只不過我是飄過的一絲想法,沒有仔細推敲如何實現,大劉把他寫成了小説,郭帆導演搬上了銀幕,將“想法”付諸實施,給大家帶來了一場視覺上的饕鬄盛宴。
10天 30億的票房足以説明大家對此片的認可喜愛,也引來《流浪地球》其可行性的熱烈討論,其中對行星發動機會不會壓塌地殼的意見,幾乎是一面倒,認為地殼無法承受之重,但是看過這些文章之後,總有點張口就來的感覺,到底會不會壓碎呢,還是通過岩石力學的角度算一算更有發言權。
地殼的岩石組成頗為複雜,即使是同一區塊下面的地層構造也是千差萬別,按照鑽井行業的技術術語來説,都制定個性化鑽井方案,不過扒去表層後,都會進入基岩,而基岩大部分都是以花崗岩、玄武岩為代表,為使問題不復雜化,我們就按照花崗岩為基底來討論吧,建一個大壩都要找花崗岩基底,更何況是行星發動機這個龐然大物呢。
再來説説地殼厚度,陸地平均33公里,海洋陸殼10公里,感覺確實像雞蛋殼



先看看花崗岩岩石力學數據:
摘自《構造地質學》,謝仁海、渠天祥、錢光謨編,2007年第2版,P25-P37,
要破壞巖體,就必須施加大於巖體強度的力,再看看影片中對行星發動機的設定吧,我們採用眼鏡視野老弟的圖片
這是赤道行星發動機
這是推力行星發動機
這些照片是眼鏡視野老弟根據《流浪地球》預告片剪切的照片,我們大致知道了發動機的尺寸,根據影片介紹,總共安裝了10000台發動機,提供150萬億噸的推力,平均一台提供150億噸的推力,按照小的來推算吧,因為它直徑更小,作用在單位面積的力也就更大,如果他沒問題,大的那台就更沒問題了,測算如下:
抗壓強度計算:P=F/S
=發動機單台推力/發動機底座面積
=150億噸推力/直徑為30公里的圓面積
=15000000000000公斤力/706858347平方米
=0.207MPa
抗剪強度計算:P=F/S
=發動機推力/發動機底座的剪切面積
=150億噸推力/直徑30公里圓周長*地殼厚度(這裏按照地殼最薄弱處洋殼厚 度10公里計算)
=1500000000000公斤力/942000000平方米
=0.156MPa
,我們得到了這樣一組數據,安裝有行星發動機的花崗岩承受的抗壓強度為0.2MPa,剪切強度為0.15MPa,比起花崗岩強度小上百倍,是根本壓不碎的,即使是頁岩這種強度很低的岩石也沒有問題,更何況在岩石圈的下部還有足夠支撐力的莫霍面軟流體,這就好比巨大的浮萍上面坐個孩子也是沒問題的。


俗話説術業有專攻,人不可能是全才,很多發聲的都是航天領域的專家,針對地質,岩石巖性這不是他們研究的方向,很多人張口就來,這顯然不符合科學精神,更是誤導了大眾的思維判斷,孔老先生説得好,知之為知之,不知為不知,是知也
再舉個栗子,青藏高原平均海拔4000米,如果折算成行星發動機同等面積上承受的重力為多少呢?
F=ρ*V
=山體平均密度*海平面以上體積
=25億噸/立方公里*4公里高度*706平方公里(行星發動機底座面積)
=70600億噸
是同等面積行星發動機150億噸推力的470倍,你看見青藏高原把地殼壓塌了嗎?雖然地球看起來像只雞蛋,可這雞蛋遠遠比看起來要強大的多
再舉個栗子,你拿一支鉛筆戳着雞蛋跑,力量別太大,雞蛋都推跑了,蛋還是完好的,
鉛筆尖推着雞蛋跑實驗(視頻上傳不了)
按比例單台行星發動機的力量要遠遠小於鉛筆尖施加在雞蛋上的力,這樣更容易理解吧?
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再不反擊棺材板是壓不住了,還得算。。。。。
我們還是藉助眼鏡視野兄弟的圖

500年加速到0.5%C,單台推力需要6萬億噸,這個結論是對的,可是問題又來了,加速減速各500年,中間靠慣性跑路,每階段跑了多遠?還有用時多少?
加速、減速距離均為:½*0.5%C*500y=1.25光年
慣性距離=4.2光年-2*1.25光年=1.7光年
慣性用時=1.7光年/0.5%C=340年
合計用時:500年+340年+500年=1340年
用6萬億噸推力跑路,只需用1340年即可到達比鄰星,跑得有點快,顯然不符合原著及影片用時2500年的精神,作為《流浪地球》的忠實擁躉者,依然堅持原定設想,總用時按2500年,分兩種情況來設定發動機的推力:
情況A設定:加速500年,慣性1500年,減速500年,遵照原著2500年跑路,設定V1為加速最終速度,則有:
½*V1*500+V1*1500+½*V1*500=4.2LY(光年),故V1=0.24%C,
由此推出單台發動機推力F=6萬億噸*0.48=2.88萬億噸
情況B設定:加速1250年,減速1250年,依然遵照2500年跑路,設定V2為加速最終速度,則有:
½V1*1250+½V1*1250=4.2LY(光年),故V2=0.336%C,
由此推出單台發動機推力F=6萬億噸*1.68/6.25=1.61萬億噸
算到這裏,總算可以長出一口氣了,相比青藏高原7萬億噸依然沒有壓塌地球,無論採用A或B的數值,都不會壓塌地殼。
至於地殼倒底能夠承受多大的重量,而不至於壓塌,可能需要出書來説明了,因為考慮的因素太多,許多數值還需要實際驗證,但是地質學在計算地層壓力時,始終沒有把地殼與下部的軟流體分開,即是説地殼的壓力是傳遞到下部地層的,有計算不周處,還請海涵,總之為了小破球能夠流浪,減少硬傷,我們選擇希望。