Hier ist, wie Elon Musk Raketentriebwerke auf dem neuen Tesla Roadster verwenden könnte

Letzte Woche kündigten SpaceX und Tesla CEO Elon Musk mutige Pläne an, die Technologien seiner beiden größten Unternehmen zu kombinieren, indem Raketentriebwerke auf zukünftigen Spezialmodellen von Teslas Roadster platziert werden. Die Triebwerke werden laut Musk nicht wirklich verbrennen; Stattdessen werden sie unter hohem Druck stehende kalte Luft ausstoßen, was dem Tesla einen zusätzlichen Beschleunigungsschub verleiht. Es ist ein Schritt, der technisch funktionieren könnte, aber es verblüfft auch Branchenexperten und Ingenieure: die Triebwerke werden nicht sehr effizient sein und wahrscheinlich keine Straßenzulassung haben.

Musk spricht insbesondere davon, ein Schlüsselstück der Hardware aus der Falcon 9—Rakete von SpaceX zu integrieren – einen Tank, der als Composite Overwrapped Pressure Vessel oder COPV bekannt ist. Diese Flaschen bestehen aus einem dünnen Metallliner, der mit Kohlefasern umwickelt ist, und sie sind eine großartige Möglichkeit, viel Druckluft auf kleinstem Raum zu speichern. Sie sind auch ziemlich leicht, weshalb viele Raketenhersteller sie gerne verwenden, um ihre Raketen unter Druck zu setzen.

Auf der Falcon 9 sitzen die COPVs in den Treibstofftanks und halten sie während des Fluges unter Druck. Wenn die Rakete in den Weltraum klettert, leeren sich die Treibmittel schnell aus den Tanks, und es ist die Aufgabe der COPVs, diese Flüssigkeiten durch Helium zu ersetzen, damit die Tanks ihre Form behalten. Die Druckluft in diesen Flaschen wird nicht verwendet, um die Rakete direkt anzutreiben. Einige Automobile nutzen COPVs, auch: Busse und Lastwagen nutzen sie für die Speicherung von komprimiertem Erdgas, und Autos mit Wasserstoff-Brennstoffzellen verlassen sich auch auf COPVs. Aber die Luft in diesen Tanks wird als Kraftstoff für die Motoren in diesen Autos verwendet.

Mit dem Roadster hat Musk eine andere Idee: Er möchte sie als Triebwerke verwenden, bei denen sie Luft aus dem hinteren oder vorderen Ende des Autos blasen, um das Fahrzeug anzutreiben und anzuhalten. Es könnte möglicherweise auch die Seiten ausblasen, um beim Drehen bei hohen Geschwindigkeiten oder in engen Kurven zu helfen. Nutzfahrzeuge haben COPVs noch nie auf diese Weise eingesetzt, und die Idee wirft viele Fragen zu Sicherheit und Effizienz auf.

Zum einen beschleunigt und bremst der Tesla Roadster bereits unglaublich schnell, und der neue Roadster ist mit einer 0-60-Zeit von 1,9 Sekunden angeblich eines der schnellsten Autos der Welt. Es ist so schnell, dass heftig darüber diskutiert wird, ob moderne Reifen jemals schneller fahren können. Die COPVs müssten also bei sehr hohen Geschwindigkeiten viel kalte Luft ausblasen, um noch schnellere Beschleunigungs- oder Verzögerungszeiten zu erzielen. Das erfordert viel Kraft und einige ziemlich große Panzer, um eine erkennbare Wirkung gegen einige reale Grenzen der Physik zu erzielen. Und wenn es darum geht, die Geschwindigkeit wirklich zu beeinflussen, wären diese Triebwerke extrem laut, anfällig für extreme Temperaturschwankungen und könnten andere Autos auf der Straße gefährden. “Ist es eine Option? Ja “, sagt Sam Abuelsamid, Senior Research Analyst bei Navigant, einem Beratungsunternehmen für die Automobilindustrie, gegenüber The Verge. “Ist es eine kluge Option? Absolut nicht. Es ist das lächerlichste, was ich je gehört habe.”

Viele Autohersteller haben jedoch nach Möglichkeiten gesucht, Druckluft zum Antreiben von Fahrzeugen zu verwenden. Zum Beispiel kündigten die französischen Autohersteller Peugeot und Citroën 2013 Pläne an, ein Hybridfahrzeug zu bauen, das Druckluft als Energiequelle verwendet, obwohl die Entwicklung auf Eis gelegt wurde. Diese Entwürfe arbeiten gewöhnlich, indem sie Luft von einem Behälter in einer kontrollierten Weise freigeben, um die Turbinen oder die Kolben einer Maschine zu fahren. Druckluftautos gelten als umweltfreundlich, da sie kein Benzin verbrennen. Aber der Nachteil ist, dass sie nicht super effizient sind.

Zum einen kostet das Komprimieren von Luft viel Energie. Musk behauptet, dass die Luft in den COPVs mit einer elektrischen Pumpe aufgefüllt wird, die aus dem Tesla-Netzteil schöpfen würde. Aber Experten argumentieren, dass deutlich die Batteriespannung entleeren könnte benötigt, um das Auto zu fahren. “Es würde sicherlich die in der Batterie gespeicherte Energie auffressen”, sagt Dave Sullivan, Manager und Produktanalyst bei AutoPacific, einem Automobilberatungsunternehmen, gegenüber The Verge. “Die Reichweitenberechnung oder der Testzyklus für die Reichweite eines Elektrofahrzeugs berücksichtigt diese Idee nicht.”

Natürlich hängt alles davon ab, wie effektiv Musk die COPVs haben will. Kaltgasstrahlruder haben einen relativ geringen spezifischen Impuls, was bedeutet, dass sie viel mehr Kraftstoff — oder in diesem Fall Luft — benötigen, um eine angemessene Schubmenge zu erhalten. Dies macht sie gut für Satelliten im Weltraum, die nicht viel Schub benötigen, um im Vakuum zu manövrieren. Aber auf der Straße, mit Luftwiderstand und Reifenreibung, ist kaltes Gas nicht so stark. Die Tesla-COPVs müssen also groß und sperrig sein, um genügend Luft zu speichern, die für eine größere Wirkung erforderlich ist. “Es scheint, als hätte man ein Triebwerk, das eine sinnvolle Menge an Energie haben wird, es wird eine ziemlich anständige Menge an Größe und Kapazität im Tank benötigen, um einen echten Leistungsvorteil zu erzielen”, sagt Abuelsamid. (Musk sagte, die COPVs würden einen guten Teil des Autos einnehmen und den Viersitzer in einen Zweisitzer verwandeln.)

Das Unternehmen könnte die COPVs möglicherweise mit einem höheren Druck befüllen, um Platz zu sparen, aber die Tanks müssten viel stärker und schwerer sein, um als sicher für die Passagiere zu gelten. Je mehr Druck Sie in einem Nutzfahrzeug haben möchten, desto stabiler müssen Ihre Tanks sein. Die COPVs, die Musk verwenden möchte, sind aufgerüstete, die für die Falcon 9-Raketen zertifiziert sind, die Besatzungen zur Internationalen Raumstation bringen werden. “Dies ist bei weitem der fortschrittlichste Druckbehälter, der von der Menschheit entwickelt wurde”, sagte er auf einer Pressekonferenz vor einem SpaceX-Start im Mai. “Es ist verrückt.”

Dennoch bringt die Idee viele Sicherheitsprobleme in den Sinn. Während diese COPVs für die Raumfahrt von entscheidender Bedeutung sind, waren sie auch für SpaceX eine Quelle der Angst. Im September 2016 ließ ein COPV eine Falcon 9-Rakete auf einer Startrampe in Florida explodieren, während das Fahrzeug für einen Test getankt wurde. SpaceX behauptete, dass die Reibung zwischen den Treibstoffen im Motortank und dem COPV schuld sei. Der superkalte flüssige Sauerstoff, den SpaceX für seine Falcon 9 verwendet, reagierte schlecht mit der Kohlefaser, die um den COPV gewickelt war.

SpaceX hat seine COPVs seitdem erheblich aufgerüstet, und alle Flaschen, die in einen Tesla gefüllt werden, sind nicht von kryogenem Sauerstoff umgeben. Wenn jedoch Luft schnell aus einer unter hohem Druck stehenden Flasche freigesetzt wird, treten extreme Temperaturänderungen auf. Je schneller Luft freigesetzt wird, desto kälter wird das COPV. Wenn der Tesla diese Flaschen also schnell herunterblasen würde, könnten sie leicht superkalte Temperaturen erreichen, was die COPVs spröde und weniger strukturell stabil machen würde. Tesla könnte dies bekämpfen, indem es die Flaschen langsamer herunterbläst, aber dann haben die Triebwerke keinen so großen Einfluss auf das Auto.

Und je nachdem, wie schnell die Luft bläst, könnten die Triebwerke Risiken für andere Autos auf der Straße darstellen. Wenn die COPVs eine signifikante Kraft auf den Tesla haben werden, werden sie auch eine signifikante Kraft auf die Autos haben, die den Tesla umgeben. Kaltgasstrahlruder können einen bestimmten Impuls von etwa 70 Sekunden erreichen. Das bedeutet, dass das Gas, das den COPV verlässt, etwas mehr als 1.500 Meilen pro Stunde erreichen könnte. Die Luft hat also das Potenzial, sich schnell bewegende Trümmer an ein nahe gelegenes Auto zu senden oder sogar auf umgebende Fahrzeuge zu drücken.

Aber selbst wenn Tesla Workarounds für all diese Dinge herausfindet, gibt es das Rauschen zu berücksichtigen. Das Freisetzen von viel hochkomprimierter Luft ist laut. Es gibt Vorschriften über die Menge an Pass-by-Lärm, die ein Auto haben kann, und es ist zweifelhaft, dass der mit Thruster ausgestattete Tesla diese erfüllen wird. “Benzinfahrzeuge können nicht zu viel Lärm machen”, sagt Sullivan. “Ich kann mir nur vorstellen, dass dies extrem laut und nicht straßenzugelassen wäre.” Musk hat gesagt, dass das Auto nicht für städtische Umgebungen geeignet ist.

Das Hinzufügen von SUVs zu einem Tesla ist also machbar, obwohl sie angesichts der Risiken wahrscheinlich auf keinen Hauptstraßen erlaubt sind. Dennoch ist es eine ganze Menge komplizierter Maschinen, um ein bereits sehr schnelles Auto etwas schneller zu machen.