昨天，朋友圈最火的一件事，莫过于特斯拉新一代Roadster的腾空演示。
拆解整个运动轨迹，可以将其分为三个关键动作。
一个是倒置行驶；然后是离开坡面、短暂腾空；最后就是空中翻转、调整姿态。
图片源自：直播
这三个看似连贯的动作，其实需要几项不同的技术进行支撑。
风扇吸附帮助车辆倒置行驶，冷气推进器让车辆获得脱离地面的推力，而空中翻转还涉及多个方向的推力协同与姿态控制。
一辆主要依靠轮胎在地面行驶的汽车，为什么能完成这些动作？这其中最关键的是什么呢？
01
风扇吸附
如何让汽车倒挂着开？
汽车主要依靠轮胎与路面之间的摩擦力完成加速、制动和转向。
轮胎能够提供多大的纵向和横向作用力，与轮胎受到的法向载荷密切相关。在其他条件相近时，法向载荷增加，轮胎就能提供更大的可用摩擦力。
但汽车自身的重量是有限的。即使车辆通过空气动力学设计产生下压力，这种下压力也会受到车速等条件影响。
在低速甚至接近静止时，单靠传统空气动力学下压力，很难实现车辆倒置后仍稳定贴附在坡面上的效果。
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特斯拉此次展示的方案引入了风扇吸附系统，风扇抽取车底附近的空气，使车底与贴附面之间形成相对低压区域。
当车底压力低于外界压力时，外界较高的气压就会对车身产生朝向贴附面的作用力，从而增加车辆压向坡面的载荷。
这相当于为轮胎增加了一部分由气压差产生的附加载荷。
车辆倒置行驶时，系统需要帮助车身保持贴附，同时让轮胎仍有足够的抓地力，以支持车辆沿坡面运动。
特斯拉工程团队在发布活动中介绍，该系统具有不同工作模式。
低速时可以利用吸附作用增加抓地力，高速时则会调整系统的进气和气流路径。
具体风道、密封结构以及车底气流如何组织，仍需要以进一步公开的工程资料为准，不能仅凭演示画面确定其内部设计。
02
冷气推进器
如何让汽车短暂腾空？
风扇吸附解决的是车辆如何压向贴附面的问题，却不能直接解释汽车为什么能够离开坡面、在空中翻转。
这部分动作依靠的是另一套系统，那就是冷气推进器。
根据发布活动及现场报道，Roadster的Rocket版本配备了10个冷气推进喷口，连接两只合计容积约600升的高压气体储存容器。
特斯拉工程团队在活动中还介绍，容器内储存的空气质量约为250千克。
冷气推进器的原理并不复杂，高压气体经喷口向外高速喷出，气体获得一个方向的动量，车辆则受到方向相反的反作用力。
由于气体可以直接对车辆产生推力，这套系统不必完全依赖轮胎与地面之间的摩擦力来改变车辆运动状态。
当喷口产生的合力具有向上的分量时，车辆就可能获得向上的加速度。
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如果推力和车辆此前的运动状态满足相应条件，车辆便能离开坡面，进入短暂的腾空阶段。
调整不同方向的推力，还可以改变车辆的运动方向。
不过，冷气推进器不等于传统意义上的火箭发动机。
按照特斯拉公开介绍的方案，它利用的是储存在高压容器中的压缩空气，而不是依靠燃烧推进剂产生推力。
二者的核心区别不是能否燃烧，而在于工质来源。
传统化学火箭发动机的工质，是推进剂燃烧后产生的高温高压燃气；而冷气推进器使用的是预先储存的压缩空气，不涉及化学反应。
它的技术渊源可以追溯到SpaceX猎鹰9号用于姿态控制的冷气推进系统，但猎鹰9号一般以氮气为工质，且推力级别远小于Roadster。
Roadster这套系统是为汽车特技演示专门开发的，与航天器上的姿态控制喷嘴在工程实现上有本质区别。
它的实际推力、持续工作时间和可完成的运动范围，会受到储气压力、气体流量、喷口特性、整车质量等因素影响。
03
能够腾空
为什么不等于能够持续飞行？
理解Roadster的空中动作前需要区分两个概念，那就是让车辆短暂离开地面，与让车辆持续飞行，并不是同一回事。
车辆是否向上加速，取决于作用在车身上的合力。
如果向上的推力大于重力，车辆就会获得向上的加速度；如果向上的推力恰好抵消重力，车辆在理想情况下可以维持垂直方向的速度不变；如果没有足够的向上推力，重力就会使车辆的向上速度逐渐减小。
即使推进器停止提供向上的推力，车辆也不一定会立即下落。
如果车辆此前已经获得了足够的向上速度分量，仍可能因惯性继续上升一段距离。
随着重力持续作用，向上的速度会逐渐减小，最终车辆开始下降。
图片源自：直播截图
这也说明，看到车辆离开地面，并不能单凭这一画面判断它是否具备持续悬停或长时间飞行的能力。
持续飞行还需要解决推力与重力的平衡、姿态稳定、运动控制以及能量和推进介质供给等问题。
此外，姿态控制同样重要。
车辆的平动取决于所受合力，转动则与作用力产生的力矩有关。
如果不同喷口能够在车辆不同位置产生适当的推力，就有可能改变车身的俯仰、横滚或偏航状态。
04
最后的话
特斯拉此次公布的Roadster分为Performance、Thrust和 Rocket等版本。
Performance侧重常规道路及赛道性能，并采用风扇吸附系统；Thrust版本采用后置冷气推进器，强调加速性能；Rocket版本则配备分布在车身周边的10个冷气推进喷口，并被定位为具备空中动作能力的版本。
智驾最前沿以为，这场演示真正有意思的，不只是汽车能够短暂腾空，而是有车企尝试将轮胎驱动、气流吸附和直接推进结合起来，让不同系统分别承担不同的运动控制任务。
当然，这只是一场演示，炫技大于实际。
若是真的量产，还需要考虑车辆能否在实际道路环境中安全、稳定地使用这些系统，推进器的工作持续时间如何，相关设计能否满足法规和可靠性要求，这些就需要非常漫长的验证了，感觉这比无人驾驶更难。
