Возможность летающих автомобилей, часто встречающаяся в научной фантастике, приобрела новое измерение с презентацией от Tesla. Новый Tesla Roadster продемонстрировал впечатляющие маневры, включая спуск с перевернутого пандуса, повороты на 180 градусов на колесах и прыжки через другие транспортные средства.
Во время демонстрации прототип выполнил зрелищные движения, что вызвало большой интерес, особенно среди любителей технологий и экономики, указывая на целевую аудиторию Илона Маска с этой новой моделью.
Чтобы понять осуществимость этих действий, необходимо проанализировать задействованную физику. Перед демонстрацией журнал MotorTrend получил эксклюзивный доступ к прототипу на испытательном треке SpaceX в Макгрегоре, штат Техас, пообщавшись с главным дизайнером Tesla Францем фон Хольцхаузеном и вице-президентом по инженерии Ларсом Морави.
Что такое новый Tesla Roadster?
Tesla объявила, что линейка нового Roadster, выпуск которой ожидается в 2028 году, будет представлена в трех различных версиях, все они основаны на новой платформе.
Версия Performance служит входной точкой, используя четыре мощных электрических вентилятора (около 20 кВт каждый) под шасси. Эти вентиляторы в сочетании с опускающимися обтекателями создают зону низкого давления, которая прижимает автомобиль к асфальту, позволяя прототипу подниматься по крутым пандусам и оставаться приклеенным вверх дном. С мощностью 1500 л.с. и двумя электродвигателями он обещает разгон до 96 км/ч за 1,6 секунды.
Версия Thrust дополняет аэродинамический пакет резервуаром из углеродного волокна (COPV) объемом 200 литров, содержащим азот, сжатый до 10 000 фунтов на квадратный дюйм (690 бар). Этот газ питает четыре газовых двигателя холодного цикла (CGT), нацеленных на ускорение менее 1 секунды и максимальную скорость около 615 км/ч.
Модель Rocket, выполнившая воздушные пируэты, требует удаления пассажирского сиденья для размещения двойного бака объемом 600 литров сжатого газа. Она также оснащена шестью дополнительными соплами: четырьмя, направленными вниз для вертикальной подъемной силы и прыжков, и двумя на кончиках для управления рысканием и вращением. Это одноместная модель, продаваемая исключительно по приглашениям Tesla.
Эффект «пылесоса»
Чтобы понять, как Roadster может прилипать к вертикальным поверхностям, важно знать технологию вентиляторов в днище. Хотя идея создания мгновенной подъемной силы путем всасывания воздуха под транспортное средство не является оригинальной, она восходит к Chaparral 2J 1970 года, известному «пылесосу» от Can-Am.
Недавно эта техника была доведена до предела в McMurtry Spéirling Pure, электросуперкарете, который установил рекорд в Гудвуде, создав более двух тонн подъемной силы даже на месте.
В Tesla Roadster принцип идентичен: вентиляторы мощностью 20 кВт затягивают воздух, в то время как подвижные обтекатели герметизируют днище. Это создает область частичного вакуума, сила всасывания которой легко превышает вес автомобиля. Это всасывание позволяет автомобилю подниматься по вертикальному пандусу и оставаться приклеенным к потолку, при условии наличия энергии в вентиляторах и поддержания герметичности, удерживая 1700 кг прототипа против гравитации без зависимости от скорости для аэродинамического давления.
А как насчет пируэтов?
Воздушные маневры Roadster физически и теоретически возможны, не требуя совершенно новых технологических изобретений. Первый шаг для оценки прыжка и полета — это учет целевой массы автомобиля, установленной Tesla на уровне 1700 кг.
Под земным притяжением сила веса, действующая на эту массу, составляет приблизительно 16,7 кН (что эквивалентно примерно 1,7 тонны-силы). Следовательно, чтобы просто парить, вертикальные сопла должны генерировать ровно 16,7 кН тяги вверх. Чтобы замедлить падение до 0,5 g, тяга должна достигать 25,0 кН, а чтобы остановить падение до 1 g, требуется 33,4 кН.
Основное правило гласит, что сила сопел должна превышать массу, умноженную на гравитацию, плюс желаемое замедление. 690 бар относятся к давлению хранения в баках COPV, которые сжимают около 250 кг азота в 600 литрах. Само сопло работает по принципу действия и противодействия, выбрасывая массу газа на высокой скорости (приблизительно 600 м/с) и получая встречную силу.
По оценкам, для генерации тяги в 16,7 кН автомобиль выбрасывает около 28 кг газа в секунду. Для сильного торможения при спуске (25 кН) этот расход увеличивается до 42 кг/с. При наличии 250 кг газа Roadster имеет достаточно топлива для примерно 10–13 секунд общей тяги, что более чем достаточно для короткого маневра.
Замечательным достижением был поворот на 180 градусов в воздухе, выполненный с использованием РКС (Система управления реакцией), аэрокосмической инженерной техники, используемой NASA для ориентации кораблей и спутников. Принцип заключается в приложении сил вне центра масс, создавая вращающий момент. Чтобы повернуть на пол-оборота за 1,5 секунды, необходимый крутящий момент составляет примерно 3900 Нм, что требует разницы в тяге всего около 500 кгс между левой и правой сторонами.
Основная проблема заключается в электронной системе управления для контроля и приложения этой силы в нужном месте и в нужное время. Для этого Маск использовал поддержку SpaceX, основного акционера, чья лаборатория в Макгрегоре, штат Техас, находится поблизости. Технологии SpaceX, такие как усиленные баки COPV и системы РКС, используемые в ракетах, были миниатюризированы и адаптированы для суперкара.
Чего не показывает видео
Даже зная, что технология существует, критический анализ видео выявляет три важных момента. Во-первых, физика свободного падения: пандус имел высоту около 20 метров, и объект в свободном падении потратил бы примерно 2 секунды, чтобы достичь земли; на видео спуск занял около 4 секунд, что подтверждает частичное удержание веса соплами.
Во-вторых, направление сопел во время посадки: когда автомобиль перевернут, сопла днища направлены вверх, что означало бы толчок автомобиля к земле, если бы они были активированы в тот момент. Порядок активации жизненно важен: боковые сопла должны повернуть кузов так, чтобы сопла днища были направлены вниз и могли замедлить спуск.
В-третьих, реальный вес прототипа: 1700 кг — это цель, но автомобиль, оснащенный усиленными баками, трубопроводами высокого давления, роботизированными актуаторами и 250 кг газа, может быть значительно тяжелее, что потребует большей тяги от системы.
Можно сделать вывод, что расстояние между этой высококонтролируемой демонстрацией и практическим применением в реальном мире огромно. Нулевой запас ошибки означает, что небольшая задержка в алгоритме или фактический вес, превышающий целевой, может привести к катастрофической посадке. Хотя маневр технически правдоподобен на основе представленных данных, реализация летающего автомобиля для публики зависит от факторов, выходящих за рамки простой демонстрации.
