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没有喷气背包。 零飞行汽车。 我们承诺的未来在哪里?

2021

喷气背包和飞行汽车似乎更多地停留在科幻小说(和呃,一些杂志)的页面上,而不是停在你的车库里。 1924年,PopSci预测空中汽车距离我们只有20年的距离,但那种睁大眼睛的乐观主义并非没有道理:一个多世纪以来,发明家们一直在为革命性的交通工具做好准备。 Hyperloop的祖先始于19世纪70年代。 巡航控制在20世纪50年代首次亮相。 第一批飞行汽车原型车在同一个十年内飞行。 而且,在60年代,贝尔实验室制造了喷气动力背包原型。 这些未来通勤模式仍在引导大众市场的预期:它是否安全? 可靠? 廉价? 这是对我们人民移动梦想的现实评估。

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飞行汽车的目的是方便:上下交通,而不是坐在里面。 这意味着该飞行器的推进技术必须足够强大,能够飞行,但也安全,安静,灵活,足以降落在郊区车道上。

虽然创业公司已经开发出巧妙的飞行计划,但没有人找到了汽车和飞机之间的快乐媒介。 硅谷公司Opener有一个单座飞机,可以使用8个转子垂直起飞,但这个装置没有轮子,这意味着它更像是一架私人直升机,而不是一个准备好道路的火星车。 波士顿地区的创业公司Terrafugia制造了Transition,这是一款带有折叠翼的双座车。 部署了鳍,它可以在9, 000英尺的高度飞行400英里。 但有一个问题:为了起飞,你需要一条跑道。

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即使技术汇集在一起​​,繁文缛节也可以让汽车停飞。 美国国家公路交通安全管理局和联邦航空管理局必须清除飞行汽车。 垂直飞行学会工程联盟的Michael Hirschberg表示,至少还需要十年的时间才能获得批准。 Terrafugia最接近完成其文书工作,而Opener仅在加拿大获得许可。

我们可能还没有大众市场的飞行汽车,但我们已经解决了几十年的问题。

1949年:尽管FAA认证Moulton Taylor的Aerocar的前身是飞行安全的,但它从未投入生产。 有道理:驾驶员必须在飞行前加上螺旋桨和15英尺的机翼。

2000年: Paul Moller的M400 Skycar在2000年3月的杂志中占据了显着位置。 单座机器以四个风扇的力量飞行,可以“从你的后院起飞”。 它还没有登陆。

2018年: Uber Air多旋翼飞行器垂直起飞和降落。 该公司的目标是在2020年在洛杉矶和达拉斯部署大量空中出租车,但车辆将限制在城市的特定发射区。

1.更好的电池
飞行汽车需要靠电力运行,以免发动机噪音对郊区人员产生影响。 但今天最好的电池 - 例如Terrafugia使用的锂离子磷酸盐 - 只有2%的燃料能量密度。 大多数创业公司都会增加更多的包装,但这会增加需要悬停的东西的重量。 空气轿车的飞跃将是一种称为固态的电池技术。 固体可以承受更高的温度,更热的电池需要更多的能量。 麻烦的是,没人做一个可以收费的人。

2.更强大的力量
垂直起飞对于机载汽车来说是最有意义的。 然而,使用单个电动机或发动机来提升底盘和乘客会吞噬能量。 对于其即将推出的Nexus混合动力船,贝尔航空系统公司正在借用由无人驾驶飞机推动的高效升空方案:四旋翼飞行器。 在设置中,多个道具共享负载并帮助稳定工艺。 来自优步的计划中的空中出租车将以相同的方式起飞,然后在高空飞行。

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Hyperloop胶囊通过地下气动管沿磁轨放大声速。 或者正如埃隆·马斯克(Elon Musk)在2013年的揭幕仪式上发推文:“协和式飞机与铁路枪之间的交叉。”

马斯克预计,如果几个小组同时进行这项工作,那么他雄心勃勃的想法将有更大的成功机会,因此他将该项目作为开源项目。 也很有帮助:必备硬件的版本已经存在。 电动马达将胶囊送到铝制轨道上,磁铁将提供悬浮,一堆传统的真空泵将从Hyperloop隧道中吸出所有空气,以创造一个无摩擦的气氛。

最大的物理挑战是挖掘通道,尽管它更像是一种财务上的祸害,而不是技术上的祸害。 马斯克为这项笨拙的工作投资,无聊公司,引用每英里10亿美元的隧道,但这可能是一个低调:考虑到纽约市每英里花费25亿美元建造第二大道地铁线。

Hyerloop项目也有错误的开始。 无聊公司取消了在西洛杉矶的计划,而不是通过与当地人的法律纠纷咀嚼。 然而,一些公司持乐观态度。 Hyperloop Transportation Technologies今年将在中国和阿拉伯联合酋长国破土动工,首席执行官Dirk Ahlborn已经在谈论发布日期。 热情好,但我们还没有看到如此多的试运行。

zippy通过地下真空管通勤的梦想已有将近150年的历史。

1870年:发明家Alfred Ely Beach获得了他的Pneumatic Transit技术专利,该专利技术从埋地真空管两端的大型风扇获得电力。 他秘密在纽约市建造了一个演示隧道。

1970年:履带式气垫船应该将从伦敦到爱丁堡的旅行减少到90分钟。 摆动磁场可以让废弃的概念以100英里/小时或更高速度拉链。

2010年: Max Schlienger的Vectorr火车漂浮在磁轨上,由真空泵的气压驱动。 他有一个六分之一比例的模型贯穿他的加州纳帕葡萄园。

1.狡猾的悬浮
Hyperloops将通过像Inductrack rails这样的悬浮方案漂浮在轨道上方。 该装置不是依靠两组排斥磁铁来提升胶囊,而是将一组以直角排列在火车底部 - 一个称为Halbach阵列的矩阵 - 并将线圈放置在导轨中。 在低速时,马达沿着轨道滑动胶囊。 在大约45英里/小时的速度下,汽车和线圈之间形成电磁场,抬高火车。

2.真正的弧形
经常以1马赫的速度行驶会导致许多材料弯曲或破裂。 相反,Hyperloop运输技术公司将其胶囊覆盖在一种名为Vibranium的专利复合材料中。 (是的,就像在黑豹中为Wakanda提供动力的虚构矿石。)不仅碳纤维基化合物比钢强10倍,它也是重量的五分之一。 此外,传感器在整个检查结构完整性方面。

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1958年,“ 大众科学”预测人类“像鸟一样飞翔的古老梦想......可能比我们想象的更接近”。 三十年来,喷气背包试飞员William Suitor在1984年洛杉矶奥运会开幕式上徘徊。 即便如此,我们的预测还是有些过分夸大了:Suitor的荣耀时刻 - 由于效率低下和120磅的套件持续20秒而陷入困境。

自从Suitor的噱头以来,Jetpacks已经朝着升空的方向发展。 他的模型使用加压过氧化氢作为燃料,而今天的火箭服依靠更高效的煤油或柴油飞行10至20分钟。 但现代工艺品在其他问题上只取得了微不足道的飞跃。 作为文字火箭,包装很吵; Suitor的腰带以130分贝的速度尖叫,而Jetpack Aviation目前的型号则略微低于120分贝。 他们也很沉重。 Jetpack Aviation首席执行官大卫·梅曼(David Mayman)曾经在2015年嘲笑自由女神像是85磅 - 更好,但仍然非常庞大。 而且,即使你的身体能够承受重量,你的钱包也可能会在成本下崩溃。 入门级包装大约250, 000美元。

让喷气背包离开地面很容易。 保持高空需要一些工作。

1958年:美国陆军从总部位于犹他州的Thiokol化学公司委托ProjectGrasshopper a原始火箭带。 该装置从五个氮气罐中飞出一分钟。

1961年:飞行员Harold Graham使用小型火箭升力装置放大到112英尺。 该设备的推进剂是在BellAero systems开发的,储存在现成的空气罐中。

2009年: Raymond Li的 Jetlev- Flyer是第一款上市销售的水动力包。 渔获量:这个30磅重的钻井平台通过软管系在一条船上,该船装有一台发动机,用于抽水推进。

1.线控控制
有翼车辆通过可调节襟翼转向。 过去,这些系统使用的是机械硬件,如滑轮和电缆,但较新的“电传操纵”技术取代了电动开关和电机。 工艺品更轻,更灵活,飞行员不再需要拉动电缆进行机动。 往左走? 转动棍子或按下按钮。 Martin Aircraft的包使用了这项技术。 “当我在徘徊时,我几乎可以完全放弃控制测试飞行员Paco Uybarreta说。

2.迷你电机
推进人类飞行超过20秒需要比加压燃料更好的东西。 涡轮喷气发动机是小型化的燃气或柴油动力发动机,通过涡轮机压缩空气产生推力。 它们的功率重量比有助于减少包装。 Jetpack Aviation的西装重达20磅并产生180磅的推力,足以将发动机,加上燃料,飞行系统和飞行员的重量增加到空中。

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在2018年初,看起来自动驾驶汽车已准备好进入公共道路。 然后一个自驾车的优步在亚利桑那州的坦佩一夜袭击并杀死了一名妇女。 这一事件引起了人们的担忧,也凸显了这项技术的重大缺陷:它无法在所有条件下可靠地识别危险。 即使是不合时宜的眩光也会影响汽车的感知。

一直以来的自治都依赖于一套技术。 GPS告诉汽车最佳路线,而传感器 - 雷达,激光雷达和摄像机 - 间谍障碍物。 人工智能计算机处理这些输入以做出快速决策:踩下一个人的刹车,或经过一片叶子。

车辆必须训练数十万小时才能学习每种情况下的每种危险。 汽车制造商可以通过在路上放置原型来更快地记录时间。 这是优步的方法,但是在2018年的事故之后,它踩下了刹车。 它正在今年的某个时候在匹兹堡推出更为保守的重新启动。 汽车将在白天驾驶,天气晴朗,低于25英里/小时。 在Uber重新启动时,谷歌的分拆可能会赢得比赛:它正在25个城市进行测试,并于去年12月在大凤凰城推出了一项机器人出租车服务。

不过,任何时候运行的模型都需要几十年的时间。 密歇根大学自动驾驶汽车测试主管Huei Peng说:“对于一辆可以在雨雪中行驶65英里/小时的汽车来说,这将是一段很长的时间。” Waymo的首席执行官最近做出了一个更为黯淡的预测:它可能永远不会发生。

自中世纪以来,机器人一直处于驾驶员的行列,但他们仍未准备好进入公共道路。

1958年:工程师测量从零(全人类控制)到五(全机器人)的自主性。 第一步是将脚从脚踏板上移开,就像50年代后期克莱斯勒赛车巡航控制首次亮相时驾驶员所做的那样。

1989年:随着汽车达到2级,他们学会了解世界并认识到基本的危险。 Carnegie Mellon的改装救护车ALVINN上的传感器和计算机大脑让它在校园中航行。

2007年:要达到3级以上的水平,汽车必须处理没有太多(如果有的话)帮助的路线。 卡内基梅隆老板掌握了55英里的赛道,里面充满了交通信号和其他车辆。

1.更便宜的传感器
电子眼可以全面了解道路,但高分辨率摄像机,雷达,激光雷达和其他传感器的总成本(保守地)为75, 000美元。 光学工程师正致力于研究较少的版本。 例如,Waymo声称它以7, 500美元的价格制造了屋顶旋转激光雷达。 自动驾驶汽车公司保持内部开发安静,但随着工程师不断修补,成本将进一步下降。

2.脑力流动的大脑
无人驾驶汽车利用一种称为神经网络的AI将传感器数据解析为导航线索。 大脑系统必须在天气和照明的每一个组合中识别一个jaywalker的每个视图,然后在几毫秒内转向,制动或向前犁。 自80年代以来,程序员一直在训练网络,但是在旧的慢速芯片上。 今天,部分归功于视频游戏,图形处理器足够快速地阅读道路。

本文最初发表于2019年春季大众科学的交通问题

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