压缩空气推进技术科普:特斯拉飞行汽车真的能上天吗?

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美国当地时间10月15日,特斯拉把第二代Roadster的首秀舞台搬进了SpaceX位于得州麦格雷戈的火箭测试场。一辆白色跑车沿弧形坡道倒悬行驶,随后脱离坡道、在空中翻转落地;第二场演示里,Roadster一路加速,腾空飞越了一整排特斯拉车辆,其中包括一辆Semi卡车,在空中翻了个身再落地。“飞行汽车成真”的说法随即刷屏,但结论需要先说清楚:它确实离了地,可那几秒的腾空是特技,不是交通——不能巡航、不能规划航线、不能跨区域飞。要回答“能不能上天”,得先拆开它凭什么飞。36氪知乎

离地的本钱:一套从火箭上拆下来的冷气推进

这辆车没装机翼,也没有喷气发动机。让它脱离地面的,是一套从火箭上拆下来的冷气推进系统,代号A71,没有燃烧、没有明火,纯靠喷气反推。硬件更是带着航天血统:车里装着碳纤维缠绕的高压气瓶,也就是SpaceX猎鹰9号火箭上用的COPV,总容积600升,装着大约250公斤空气,由10个喷嘴负责全部的推进和姿态控制。知乎36氪

冷气推进本是卫星和火箭的姿态控制技术——靠高压气体向外喷出获得反作用力,太空里航天器转身、调姿用的就是它,特斯拉做的是把它微型化后铺满一台车。马斯克家的火箭再入大气层,姿态靠什么稳住,就是这套冷气喷射。喷射时尾部气流速度超过音速,现场甚至能看到火箭尾焰里才有的“马赫环”;车上还自带压缩机,可以为高压气罐重新充气,不需要任何特殊推进剂。知乎

“倒挂”靠吸,“起跳”靠喷

支撑倒挂镜头的并不是推进器的升力,而是吸附。Roadster底盘下装了一套风扇抽吸系统,把车底的空气往外抽,制造负压,最多能产生2G的吸附力。也就是说,它被“按”在接触面上的力是自身重量的两倍,倒过来也不会掉下来。这套系统的正经用途其实在赛道:普通轮胎的抓地极限大约是1.26G,再往上就会打滑,有了抽吸,Roadster过弯能超过2G——“贴墙”“倒挂”只是同一套系统的舞台效果。36氪

为什么只能“飞”十几秒

冷气推进的命门朴素得残酷:推进剂就是车上带的那点压缩空气,喷一次少一次,气用完推力归零。而且多带气就多背重量,更重就需要更大推力,更费气。知乎

要持续离地,推力必须始终不小于车重,而压缩空气的能量密度远低于航空燃油或高密度电池,这条能量与重量的死循环,不是“多带点气”能解开的。多方估算的结果也印证了量级:Roadster离地时间按多方估算约15–20秒,且气瓶耗尽即终止。知乎

三个版本里,会飞的恰恰不能上路

发布会公布三个版本:Performance版,「为公路准备」,双座,0-60英里/小时加速不到1.6秒,预订金5万美元;Thrust版,「为赛道准备」,尾部加装冷气推进器,0-60加速不到0.9秒,限量发售,预订金25万美元;Rocket版,「为天空准备」,单座,车身四周布满10个冷气推进器,可以向上飞和旋转,0-60加速不到0.59秒,仅限受邀购买,未获准上公路。36氪

至于被反复传播的“一秒之内”:0-60英里/小时加速低于1秒,现场演示实测约0.81秒——因为场地太短不得不提前收油,马斯克称量产版还会更快。哔哩哔哩

换句话说,那些让人尖叫的飞行和空翻,都发生在限量版和非公路版上。能合法上路的Performance版,并没有推进器。马斯克自己也承认,这辆车“不一定在所有地方都合法”。所有飞行相关功能都依附于封闭场地演示的语境,并非上路可用。36氪知乎

真正的飞行汽车在另一条赛道上

把视线移开,商业化路径上的“飞行汽车”叫eVTOL(电动垂直起降飞行器):电动旋翼、持续飞行、可规划航线,要闯的是适航认证、空域管理和应急迫降一整套航空体系。Alef们造的是能持续飞、有适航证、为解决通勤而生的航空器;Roadster造的是一台会短暂离地的赛道超跑。两者难度不在一个量级:航空安全要求“单点失效不致命”,一台动力停了还能安全降落,而这套冷气推进既没有冗余动力,也没有整机姿态失控的应对逻辑。知乎

至于时间线,Roadster从2017年首次亮相起已经多次延期,量产时间已被推到 2028 年。接下来值得盯的不是它还能翻出什么花样,而是两件事:2028年量产时这套高压冷气系统能否通过车规级安全验证,以及Rocket版哪天能拿到任何一条法规的“准飞”许可——目前为止,答案都还没有。知乎

回到标题里的问题:特斯拉飞行汽车上天了吗?演示里它真的腾了空、翻了身,把火箭的姿态控制技术第一次以公开演示的方式放上了一台可预订的车;但从交通意义上,压缩空气的能量上限决定了它只有十几秒的离地时间,能合法上路的那个版本则根本不会飞。它证明的是航天工程下放跑车的边界,而不是“飞行汽车”时代的开始。

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