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20世紀暢想的未來出行 在21世紀成真了嗎?

2019-04-08     來源:網易智能


近年來有關飛行汽車、超級高鐵、噴氣背包、無人駕駛汽車等新型交通工具的報道一直不絕于耳,但目前這些領域的產品似乎都還算不上真正切實可行。說好的移動出行未來在哪里呢?人們夢寐以求的這些交通工具發展現狀究竟如何呢?

噴氣背包和飛行汽車似乎更多地出現在科幻小說里,而不是出現在你家的車庫里。1924年,《大眾科學》(PopSci)雜志預測,空中汽車20年后就能實現,但這種似乎有些過頭的樂觀并非毫無理由:一個多世紀以來,發明家們一直在一步步地向革命性的交通工具邁進。超級高鐵(Hyperloop)的歷史可以追溯到19世紀70年代。巡航控制系統在20世紀50年代首次亮相。第一個空中汽車原型在同一個十年中啟航。1960年代,貝爾實驗室(Bell Labs)推出了噴氣動力背包的原型。這些未來主義通勤方式仍在吊著大眾市場的胃口:安全嗎?可靠嗎?便宜嗎?以下是對人們的移動出行夢想的一個現實評估。

01

飛行汽車

什么時候會實現:20年后

有什么發展障礙?

飛行汽車的意義在于便利性:能夠騰空而起,避開地面上擁堵不堪的交通。這意味著飛行汽車的推進技術必須要足夠強大:既能飛起來,又足夠地安全、安靜、靈活,能在郊區的車道上著陸。

雖然初創公司們紛紛開發出了聰明的飛行方案,但目前還沒有一家公司能夠在汽車行駛模式和飛機飛行模式之間取得良好的平衡。硅谷公司Opener有一款單座飛機,使用八個旋翼垂直起飛,但這款精巧的飛機并沒有配備輪子,這意味著它更像是一架私人直升飛機,而不是一輛隨時可以上路行駛的汽車。波士頓初創公司Terrafugia推出了可折疊機翼的雙座汽車Transition。展開機翼以后,它可以在9000英尺的高空飛行400英里。但該產品存在一個問題:有跑道才能起飛。

即便這些公司能夠有效融合各項技術,它們的飛行汽車項目也會因為繁文縟節和監管問題而停滯不前。飛行汽車必須要先獲得美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)和聯邦航空管理局(FAA)的放行。垂直飛行協會工程聯盟的邁克爾·赫施伯格(Michael Hirschberg)指出,該類汽車要獲得批準,至少還需要10年時間。Terrafugia是目前最接近完成審批流程的一家公司,Opener則僅在加拿大獲得許可。


概念和原型

我們可能還沒有面向大眾市場的飛行汽車,但這方面的研究已經持續進行了幾十年了。

1949年:盡管莫爾頓·泰勒(Moulton Taylor)的Aerocar飛行汽車獲得了美國聯邦航空局的前身的認證,但它從未正式投入生產。原因不難理解:在飛行前,駕駛員必須要安裝一個螺旋槳和15英尺長的機翼。

2000年:保羅·莫勒(Paul Moller)的M400 Skycar?空中飛車登上了2000年3月期《大眾科學》雜志的封面。這架單座飛機依靠四個風扇的力量飛行,可以“直接從你家后院起飛”,但它還沒有真正量產。

2018年:Uber Air多旋翼飛行器實現垂直起降。該打車服務巨頭的目標是2020年在洛杉磯和達拉斯部署空中出租車車隊,但這些車輛將只能在城市的特定區域起飛。


有發展前景的技術

1.更好的電池

飛行汽車需要由電力驅動,以免引擎噪音影響到郊區居民。但是時下最好的電池——比如Terrafugia公司使用的磷酸鋰離子電池——只有燃料能量密度的2%。大多數初創公司會選擇配置更多的電池組,但這就給那些需要在空中盤旋的交通工具增加了負重。在這方面,可給空中轎車帶來飛躍的將是固態電池技術。固態電池可以承受更高的溫度,而更熱的電池可以攜帶更多的能量。問題在于,還沒有人能制造出一種可以蓄電的固態電池。


2.更強的性能

對于飛行汽車而言,垂直起飛毫無疑問是最好的一種起飛解決方案。然而,使用一個電動機或發動機來升起底盤以及乘客將會消耗不少能源。對于旗下即將推出的Nexus混合動力飛機,貝爾飛行體系公司(Bell Aerosystems)借用了無人機中普及的一種高效起飛方案:四旋翼。在整個裝置結構中,多個支撐部件共同承擔負載并幫助穩定飛船。Uber計劃中的空中出租車也將以同樣的方式起飛,然后利用固定的機翼飛行。

02

超級高鐵

什么時候會實現:20年后

有什么發展障礙?

在地下氣動管道,超級高鐵列車可以聲速沿著磁性軌道飛奔。或者就像特斯拉CEO埃隆·馬斯克(Elon Musk)在2013年發布推文首次提到這一概念時所說的那樣:“Concorde協和式飛機和軌道炮的混合體。”

馬斯克預計,如果有幾個團隊同時展開這種項目,他的雄心勃勃的想法會更有機會實現,因此他將該項目開源了。同樣有助益的是:所需硬件的各種版本已經出爐了。電動馬達將把車艙送入鋁制軌道,磁鐵將提供懸浮,而傳統真空泵將把所有空氣從超級高鐵管道中吸出,從而創造出近乎無摩擦的行進環境。

該類項目面臨的最大的物理挑戰是挖掘隧道,不過這種困難更多的是經濟上的,而不是技術上的。馬斯克為該繁重的項目而專門成立的公司Boring Company給出的報價是每英里(約合1.61公里)隧道10億美元,但這可能只是一個保守的數字:想想紐約市修建第二大道地鐵線每英里要耗資25億美元。

超級高鐵項目開局也并不順利。面對與當地居民的法律糾紛,Boring Company選擇放棄在洛杉磯西部的興建計劃。然而,一些公司仍持樂觀態度。今年,Hyperloop Transportation Technologies公司將在中國和阿聯酋破土動工,首席執行官德克·阿伯恩(Dirk Ahlborn)已經在談論啟用時間。這份熱情固然是好的,但我們目前還沒有看到太多的試運行。


概念和原型

人類通過地下真空管道快速通勤出行的夢想已有近150年之久。

1870年:發明家阿爾弗雷德·伊利·比奇(Alfred Ely Beach)憑借他的氣動輸送技術獲得了一項專利,該技術的動力來自埋在地下真空管道兩端的大風扇。他在紐約市秘密建造了一條示范隧道。

1970年:Tracked??Hovercraft旨在把從倫敦到愛丁堡的行程縮短到90分鐘。振蕩的磁場可以讓這個交通概念以每小時100英里或以上的速度飛馳。不過該概念已經被拋棄。

2010年:馬克斯·斯赫連杰(Max Schlienger)的Vectorr列車漂浮在磁懸浮軌道上,由真空泵的氣壓驅動。在他位于加州納帕的葡萄園里,他有一個六分之一大的模型。


有發展前景的技術

1.巧妙的懸浮技術

超級高鐵將通過像Inductrack感應軌道那樣的懸浮方案漂浮在軌道上方。這種配置不是依靠兩組互斥的磁鐵來抬起艙體,而是以恰當的角度在列車底部安置一組互斥的磁鐵——一個叫做哈爾巴赫陣列的矩陣——并在軌道上放置線圈。在低速時,發動機讓艙體沿著軌道滑動。在每小時45英里的速度下,艙體和線圈之間形成了一個電磁場,進而抬高整個列車。


2.真正的泛合金

經常以1馬赫的速度行駛會使得許多的材料出現彎曲或開裂。因此,Hyper?loop Transportation Technologies公司使用一種名為“泛合金”(Vibranium)的專利復合材料來覆蓋其艙體。這種基于碳纖維的化合物不僅強度是鋼的10倍,而且重量只有鋼的五分之一。此外,整個艙體都配有傳感器,因而能夠隨時進行結構完整性檢查。

03

噴氣背包

什么時候會實現:10年后

有什么發展障礙?

1958年,《大眾科學》預言,人類“像鳥一樣飛翔的古老夢想”可能要比我們想象的更近。不到30年,噴氣背包試飛員威廉·蘇托爾(William Suitor)就亮相于1984年洛杉磯奧運會開幕式,在上空盤旋。即便如此,《大眾科學》的預測還是有點言過其實:蘇托爾的輝煌時刻——其噴氣背包受困于效率低下和120磅重的重量——只持續了20秒。

自從蘇托爾完成那次特技表演以來,噴氣背包已經慢慢地接近起飛了。他的模型使用加壓氧化氫作為燃料,而今天的火箭服則依靠效率更高的煤油或柴油飛行10至20分鐘。但是,現代工藝在其他問題上只取得了微小的進步。作為一種火箭,噴氣背包非常嘈雜;蘇托爾的腰帶發出130分貝的尖銳聲音,Jetpack Aviation目前的模型噪音也只是稍微低一點的120分貝。它們相當地沉重。2015年,Jetpack Aviation首席執行官大衛·梅曼(David Mayman)用來繞著自由女神像轉了一圈的那個噴氣背包有85磅重——比早期的產品輕一些,但仍然大得驚人。而且,即使你的身體能夠承受那么大的負重,你也不一定能頂住成本壓力。該產品的入門級版本售價約25萬美元。


概念和原型

讓噴氣背包飛離地面相對比較容易,把它們保持在高空則需要費一番功夫。

1958年:美國陸軍委托猶他州化學公司Thiokol展開Project Grasshopper項目,打造一個粗糙的火箭背包。該裝置借助五罐氮氣飛行了一分鐘。

1961年:飛行員哈羅德·格雷厄姆(Harold Graham)身背Small Rocket Lift Device,飛到了112英尺的高空。該設備的氣罐儲存了由貝爾飛行系統公司研發的推進劑。

2009年:Raymond Li的Jetlev?Flyer成為第一個進入市場的水動力背包。該產品的問題是:該30磅重的裝備是通過軟管與一艘船拴在一起的,船上裝有一臺發動機來泵水產生推力。


有發展前景的技術

1.電傳操縱

有翼的裝置通過可調節的舌閥來操縱。過去,噴氣背包系統使用滑輪和電纜等機械硬件,但較新的“電傳操縱”技術用電動開關和發動機取而代之。整個裝置因而變得更輕、更靈活,飛行員不再需要拉電纜來操縱。想往左飛行?轉動控制桿或按一個按鈕即可。Martin Aircraft的噴氣背包正是使用了這種技術。“當我在空中盤旋時,我幾乎可以完全讓雙手離開控制系統。”試飛員帕科·尤巴雷塔(Paco Uybarreta)說道。

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2.微型發動機

推動人類飛行超過20秒需要有某種比增壓燃料更好的燃料。渦輪噴氣發動機屬于微型的燃氣發動機或柴油發動機,通過渦輪壓縮空氣來產生推力。它們的功率重量比有助于減輕背包重量。Jetpack Aviation公司的噴氣背包重20磅,可產生180磅的推力——足夠把發動機、額外的燃料、飛行系統和飛行員送入空中。

04

無人駕駛汽車

什么時候會實現:10年

有什么發展障礙?

2018年初,無人駕駛汽車似乎已經做好了上公路行駛的準備。然而,一天晚上,Uber的一輛自動駕駛汽車在亞利桑那州坦佩市撞死了一名女子。這一事件讓公眾甚感擔憂,也凸顯了這項技術的一大缺陷:它不能在任何環境下穩定可靠地識別周圍的危險。即使是不合時宜的強光,也會擾亂該類汽車的視覺。

全天候的自動駕駛依賴于一整套技術的有效運轉。GPS負責告訴汽車最佳行駛路線,傳感器——雷達、激光雷達和攝像頭——則負責偵察周圍的障礙物。人工智能計算機負責處理來自各方的信息,以便快速做出決策:為一個行人猛踩剎車,又或者不管落下的樹葉如常行駛。

車輛必須要經過數十萬小時的訓練才能了解任何條件下的任何一個危險因素。汽車制造商可以通過讓原型車上路行駛,來更快速地完成訓練。這就是Uber所采取的做法,但在2018年遭遇死亡事故之后,它叫停了無人駕駛汽車試行項目。今年的某個時候,該公司將在匹茲堡重新推出一款更為保守的新產品。它的汽車將只在白天天氣晴朗的時候行駛,時速也將低于25英里。在Uber重新啟動它的項目之時,Alphabet旗下子公司Waymo有可能會成為這場競爭的勝利者:它正在25個城市進行測試,并于去年12月在菲尼克斯推出了一項無人駕駛出租車服務。

不過,可駕馭任何環境的模型數十年后才會出現。密歇根大學自動駕駛汽車測試主任Huei Peng表示:“無人駕駛汽車要做到在雨雪中以每小時65英里的速度行駛,還需要很長的時間。”Waymo的首席執行官最近做出了一個更為悲觀的預測:這可能永遠都不會發生。


概念和原型

自上世紀中葉以來,機器人就進入了駕駛員教育領域,但它們還沒有準備好進入公共道路。

1958年:工程師們用從0級(完全人工控制)到5級(完全自動駕駛)的六個等級來衡量汽車的自動駕駛技術程度。第一步是讓你的腳離開踏板:巡航控制系統在50年代末誕生,出現在克萊斯勒汽車上。

1989年:汽車的自動化駕駛程度達到2級,意味著它們學會觀察世界和識別基本的危險。卡內基梅隆大學的ALVINN是一輛經過改造的救護車,借助搭載的傳感器和電腦大腦,它能夠穿梭于校園。

2007年:達到3級及以上,意味著汽車必須要能夠在沒有太多外部幫助的情況下應付行駛路線。卡內基梅隆大學的Carnegie Mellon Boss熟悉掌握了一條55英里長的路線,該路線充斥著各種交通信號以及其他的車輛。


有發展前景的技術

1.更便宜的傳感器

電子眼提供了道路的全貌,但高分辨率相機、雷達、激光雷達和其他傳感器的總成本(保守估計)達到7.5萬美元。光學工程師們正在為這些傳感器開發更加便宜的版本。例如,Waymo聲稱自己只花了7500美元就制造了一臺置于車頂的旋轉激光雷達。各家自動駕駛汽車公司都在秘密進行內部開發,實行嚴厲的保密政策。但是,隨著工程師們不斷地展開研究,那些部件的成本勢必將進一步下降。


2.移動大腦

借助一種名為神經網絡的人工智能,無人駕駛汽車將傳感器數據解析為導航線索。這個類似大腦的系統必須要能夠識別在各種天氣光線條件下拍出的各種行人照片,然后在幾毫秒之內作出轉彎、剎車或向前行駛的決策。自上世紀80年代以來,程序員們一直在訓練網絡系統駕駛,但使用的是老式的、速度較慢的芯片。今天,部分得益于電子游戲領域的發展,圖形處理器已經變得足夠快速,因而能夠瞬間讀取道路狀況。

(選自 popsci 作者 Andrew Zaleski 編譯 網易智能 樂邦 )




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