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如何在新款特斯拉跑车上使用火箭推进器

陀螺
6 年前汽车

【烽巢网】上周,SpaceX和特斯拉首席执行官埃隆•马斯克(Elon Musk)宣布了大胆的计划,将把两家最大公司的技术结合起来,在未来特斯拉跑车的专业车型上安装火箭推进器。马斯克表示,推进器实际上不会燃烧;相反,他们会排出高压冷空气,给特斯拉一个额外的加速。这一举措可能在技术上行得通,但也让行业专家和工程师感到困惑:推进器的效率不会很高,可能也不会在街上合法行驶。

具体来说,马斯克正在谈论将SpaceX猎鹰9号火箭的关键硬件——一种被称为复合包裹压力容器(COPV)的坦克——整合到一起。这些瓶子是由包裹在碳纤维里的薄金属衬垫制成的,它们是在一个很小的空间里储存大量压缩空气的好方法。它们也相当轻,这就是为什么许多火箭制造商喜欢用它们来帮助他们的火箭增压。

“这是一种选择吗?”是的。这是一个明智的选择吗?绝对不是。”在猎鹰9号上,copv位于推进剂舱内,并在飞行过程中保持压力。当火箭爬升到太空时,推进剂会迅速从燃料箱中排出,而copv的任务就是用氦气取代这些液体,这样燃料箱就能保持它们的形状。这些瓶子里的压缩空气不是用来直接推动火箭的。一些汽车也使用copv:公共汽车和卡车使用它们来储存压缩天然气,氢燃料电池汽车也使用copv。但是这些油箱里的空气被用作汽车发动机的燃料。

对于这款跑车,马斯克有一个不同的想法:他想把它们用作推进器,从汽车的后端或前部吹出空气,帮助推进和停车。它可能会吹出侧面,也有助于在高速或在紧张的角落转弯。商用车以前从未以这种方式使用过copv,这一想法引发了许多关于安全性和效率的问题。

首先,特斯拉跑车的加速和刹车速度已经快得令人难以置信,而新款跑车被认为是世界上速度最快的汽车之一,0-60的加速时间为1.9秒。它的速度如此之快,以至于人们激烈地争论现代轮胎是否能跑得更快。因此,copv需要在超高速下吹出大量冷空气,以加快加速或减速的速度。这将需要大量的动力和一些相当大的坦克,才能对一些物理极限产生任何可识别的效果。如果目标是真正影响速度,那么这些推进器的声音将非常大,容易发生极端的温度变化,可能会让路上的其他车辆处于危险之中。“这是一种选择吗?”是的,”汽车行业咨询公司Navigant的高级研究分析师山姆·阿布萨米德(Sam Abuelsamid)告诉the Verge。“这是个明智的选择吗?”绝对不是。这是我听过的最荒唐的事。”

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不过,许多汽车制造商都在研究如何使用压缩空气为汽车提供动力。例如,2013年,法国汽车制造商标致(Peugeot)和雪铁龙(Citroen)宣布,计划生产一种混合动力汽车,使用增压空气作为能源,不过这一开发已被搁置。这些设计通常是通过控制从容器中释放空气来驱动发动机的涡轮或活塞。压缩空气汽车被誉为环保汽车,因为它们不燃烧汽油。但缺点是它们的效率并不高。

首先,压缩空气需要很多能量。马斯克声称,空气将在copv中通过电动泵补充,这将从特斯拉的电池组中提取。但专家认为,这可能会显著降低驾驶汽车所需的电池电压。汽车咨询公司AutoPacific经理兼产品分析师戴夫·沙利文(Dave Sullivan)在接受the Verge采访时表示:“这肯定会消耗电池中储存的能量。”“电动汽车的里程计算或测试周期没有考虑到这一想法。”

这一切都取决于马斯克希望copv的效率如何,当然,这一切都取决于马斯克希望copv的效率如何。冷气体推进器有一个相对较低的比冲,这意味着他们需要更多的燃料——或者空气,在这种情况下——来获得足够的推力。这使得它们适用于太空中的卫星,因为在真空中操纵卫星不需要很大的推力。但是在路上,由于空气阻力和轮胎摩擦,冷气体就没有那么强大了。所以特斯拉的copv必须又大又笨重,才能储存足够的空气来产生任何主要的效果。阿布萨米德说:“这看起来像是一个推进器,它将有相当大的能量,它将需要相当大的尺寸和油箱的容量,才能产生真正的性能效益。”(马斯克确实说过,copv将占据汽车的很大一部分,把四个座位变成两个座位。)

为了节省空间,该公司可能会给copv增加更多的压力,但为了确保乘客的安全,这些油箱需要更坚固、更重。你想在商务车里承受的压力越大,你的油箱就需要越坚固。马斯克想要使用的copv是经过认证的猎鹰9号火箭的升级版本,猎鹰9号火箭将把宇航员送往国际空间站。“这是迄今为止人类开发的最先进的压力容器,”他在SpaceX今年5月发射前的新闻发布会上说。“这是坚果。”

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不过,这个想法确实让人想到了许多安全问题。尽管这些copv对航天飞行至关重要,但也一直是SpaceX担忧的一个来源。2016年9月,一架COPV在佛罗里达州的一个发射台上引发猎鹰9号火箭爆炸,当时该火箭正在为测试加油。SpaceX声称,发动机油箱中的推进剂与COPV之间的摩擦是罪魁祸首。SpaceX公司在猎鹰9号上使用的超冷液氧与包裹在COPV上的碳纤维发生了严重反应。

从那以后,SpaceX对其copv进行了大幅升级,任何放入特斯拉的瓶子都不会被低温氧气包围。尽管如此,当空气从高压瓶中快速释放出来时,它确实会经历极端的温度变化。空气释放得越快,COPV就会变得越冷。因此,如果特斯拉想要迅速将这些瓶子吹掉,它们很容易就会达到超低温,这将使copv变得脆弱,结构也不那么稳定。特斯拉可以用更慢的速度来解决这个问题,但这样推进器对汽车的影响就不会那么大了。

“我只能想象这声音会非常大,而且不符合街头法规。”而且,根据空气爆炸的速度,推进器可能会对道路上的其他车辆构成威胁。如果copv要对特斯拉施加任何重要的力,他们也会对特斯拉周围的汽车施加重要的力。冷气体推进器可以达到70秒左右的特定脉冲。这意味着离开COPV的气体可能达到每小时1500多英里。因此,空气有可能将快速移动的碎片抛向附近的汽车,甚至推动周围的车辆。

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但即使特斯拉找到了解决所有这些问题的办法,也有一些噪音需要考虑。释放大量高压缩空气的声音很大。对于汽车所能产生的过路噪音有相关规定,配备了推进器的特斯拉(Tesla)能否满足这些要求是值得怀疑的。沙利文说:“汽油车不能发出太大的噪音。“我只能想象这将是非常大声,不符合街道法律。马斯克表示,这款车不适合城市环境。

因此,在特斯拉中加入copv是可行的,尽管考虑到风险,它们可能不会被允许在任何主要道路上行驶。尽管如此,要让一辆已经非常快的车跑得稍微快一点,还是需要很多复杂的机械。

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