10月15日,特斯拉在美国得克萨斯州麦格雷戈的SpaceX试验场带来新款Roadster的动态展示。这款多次延期的跑车以一段高难度演示吸引了大量目光,在社交平台迅速形成讨论热度。外界对其“飞行”能力的期待,也在这次亮相中获得了更清晰的技术轮廓。
现场展示中,一辆无人驾驶的样车先被固定在一段倒悬的弯道上,车身通过装置牢牢贴在轨道底面。随后,车辆脱离轨道,在空中完成180度翻转,最终以车轮着地落下。另一段画面里,它又越过一排特斯拉轿车和一辆Semi卡车,从上方跳过去。画面传播后,“飞车”的说法迅速流行,但从物理和工程角度看,这更接近一辆可以短时腾空和跳跃的超跑,而不是可在空域通勤的飞行汽车。
这套表演背后依托两套关键装置。第一部分是分布在车身周围的10个冷气推进器,使用约600升高压空气作为动力来源,负责在短时间内提供推力,让车辆获得额外加速和有限的离地时间。第二部分位于车底,通过风扇抽走底部空气,制造车底和车顶之间的压差,使车身产生类似吸盘的附着效果,从而贴在路面或倒悬弯道上。
冷气推进器的原理与航天器上用于姿态控制的装置相近,不涉及燃料燃烧,而是让高压气体通过喷管高速喷出,以反作用力推动车辆。航天器采用这一技术的原因在于结构简单、可靠性高,开启和关闭可控制在毫秒级,适合快速姿态调整。不过,效率不足是这类系统的天然短板。按照基础物理估算,常温空气膨胀后喷射速度的理论上限约为每秒770米,实际应用场景中多处于每秒450至600米区间,而燃烧火箭的喷射速度可以达到每秒3000米以上,两者之间存在数倍差距。
在这次公开展示中,特斯拉披露了推进器配合加速的性能数据,但没有给出具体滞空时间和飞行高度参数。外界报道普遍以“短暂”和“很短的跳跃”来形容这次腾空过程。演示屏幕曾出现4700公斤下压力的数值,引发部分汽车媒体讨论,有观点认为对于一辆不到2吨的跑车,这个数字偏高,因此持保留态度。
车辆在空中能停留多久,很大程度取决于高压气罐所储存的空气。特斯拉目前只确认气罐容积约为600升,并说明其由碳纤维缠绕压力容器构成,但未公布具体工作压力。若参照高压气瓶常见的300至700巴压力范围估算,罐内可用空气质量约在150至300公斤之间。对于一辆约2吨的车,要实现悬停,推进器在每秒内需要喷出相当于半个人体体重的空气。
根据这一假设计算,当气罐充满时,在全力输出条件下,悬停时间约为3至10秒,在最乐观状态下也接近13秒。演示画面中仅有几秒钟的腾空表现,和这一范围大体吻合,也能够解释为什么官方只展示了跳跃和翻转,而没有让车辆长时间停留在空中。至于翻转动作,则是利用多点推进器的差动推力实现。当车身四周喷口的推力大小不同时,会形成绕车辆质心的力矩,使其在空中实现类似体操运动员翻身的动作。
新款Roadster的最高配置版本被称为Rocket版,其宣传亮点之一,是0至60英里每小时加速时间被标榜为不到0.59秒。以该时间段推算,其平均加速度至少可达约4.6倍重力加速度。对于传统轮胎而言,依靠与地面之间的摩擦力最多可以提供约1至1.5倍重力加速度,多出的部分只能由推进器直接辅助输出。有报道指出,后部推进器的推力约为80千牛,以一辆2吨车身质量换算,刚好接近4倍重力加速度。为了获得如此极端的爆发力,气体消耗量也相当可观,一罐高压空气在这种工况下仅能支持1至2秒的全力加速。
车底风扇系统的思路则更加直接。通过风扇把车底空气不断抽走,让车底与车顶之间形成约5.6千帕的压差,约等于一个大气压的6%不到,就可以建立足以平衡车身自重的吸力。这样,车辆能够牢固贴附在路面或特制弯道上,并提升高速行驶中的下压力。这类“风扇车”技术并不是首次出现,早在1970年的Chaparral 2J和1978年的Brabham BT46B上就曾被采用,后者仅参赛一场即被F1赛事方禁止。特斯拉在这一次的应用上,加入了人形机器人Optimus的执行器,用于调节车底侧裙高度,使吸附效果可以根据不同路面情况适应调整。
从能量利用角度看,冷气射流结构在长时间飞行方面并不占优势。根据动量理论,当推力一定时,如果射流质量流量较小而速度较高,则所需功率会明显增加。对于一辆2吨的跑车,如果完全依靠冷气射流实现悬停,功率需求约为4.4至5.9兆瓦。而相比之下,使用桨盘面积约40平方米的旋翼系统,只需要约280千瓦就可以提供同等升力,两者功率消耗相差在15至20倍左右。问题在于,40平方米的旋翼面积大约是跑车车底面积的十倍以上,难以在现有车身结构内合理布局。这也是Joby和Archer等电动垂直起降飞行器,以及小鹏汇天等陆空两用车型选择大尺寸旋翼方案的重要原因。
安全性也是围绕新款Roadster讨论较多的话题之一。约600升高压空气本身储存着数十兆焦能量,与此类似的压力容器曾经在多起火箭事故中出现过。跑车在高速状态下发生碰撞,加上长期反复充放气,对容器结构的疲劳提出了新的考验,这些工况在传统汽车设计中并不常见。此外,一旦车身离地,轮胎和方向盘就无法像普通车辆那样直接控制姿态,需要完全依赖10个推进器的开停组合进行姿态管理。在放气过程中,气罐压力和质量会持续变化,整车质心也会随之偏移,控制系统必须时刻进行补偿,以维持稳定姿态。
噪声层面,推进器喷射产生的声压极高,足以对听力造成损伤。演示时,现场观众被安排在数百码之外的区域观看。马斯克曾在公开场合提到,这一版本的Roadster在设计上安全并不是首要目标,特斯拉会尽力保证车内乘员不发生严重伤害,但项目重点仍然落在性能与技术展示上。考虑到4至5倍重力加速度的加速冲击,再叠加空中翻转动作,对普通人的身体承受能力也是一项严苛考验。
除了动力与结构挑战,高压空气的补充方式同样值得关注。若以200公斤空气压缩至300巴为例,在理想状态下需要消耗约27千瓦时电能,即便不考虑额外损耗,车载压缩机完成一次从低压到满压的充气过程,很可能需要数十分钟乃至更长时间。与快速充电或加油不同,这种补气形式对使用场景和频率提出了新的限制。
在监管部门的视角中,这台车目前也尚处在规则之外的状态。美国联邦航空局已经表态,这款Roadster不符合现有航空器定义,因此不会以航空器身份进行审查。公路安全管理局目前尚未公开表态。特斯拉官网明确标注,飞行版本尚未获批在公共道路使用,这意味着现阶段具备腾空功能的版本只适合封闭场地环境。
这次发布会上,特斯拉公布了新款Roadster的三个版本,三者的最高车速都被标称超过每小时370公里。仅配备吸附风扇而不搭载冷气推进器的Performance版,被普遍视为最有可能通过审批在普通道路驾驶的版本。官方尚未公开各版本整车价格,现阶段仅公布预订金标准:Performance版预订金为5万美元,搭载尾部推进器的Thrust版预订金为25万美元,而包围车身、搭载全套推进器的Rocket版则采取邀请制,面向特定客户群体。
从适用场景看,装备尾部推进器的Thrust版更接近赛道专用产品。围绕车身布置推进器的Rocket版,由于其离地、翻转和强推特性,被外界视作更适合在封闭空间进行表演或收藏使用,而不是作为常规道路交通工具。三种配置之间,以Performance版的吸附风扇技术最有可能与日常用车环境接轨,其余两种更偏向展示和体验属性。
新款Roadster从2018年马斯克首次提出“SpaceX套件”概念起,经历了超过八年的演进。期间多次延期,项目目标也从早期强调“接近飞机”这一设定,转向如今强调“短时腾空”和极限加速的路线。以目前披露的信息来看,这台车更像是一台集中展示推进、控制和结构整合能力的工程平台,而不是短期内面向大众的大规模量产产品。马斯克在发布会上表示,计划在2028年开始新款Roadster的量产安排,具体能否按照这一时间节点上市,还有待后续进展。
如果未来要将类似车型真正转变为可在城市和空域通用的飞行汽车,现有以冷气推进器为主的短时腾空方案仍需进行根本性调整,改用旋翼等效率更高的升力系统,并通过完整的航空认证流程。那将对应另一套结构、能量和监管体系,也将不再是目前这辆以跳跃和短时离地为特色的Roadster形态。