Oto jak Elon Musk może używać silników rakietowych w nowym Tesla Roadster

w zeszłym tygodniu SpaceX i prezes Tesli Elon Musk ogłosili śmiałe plany połączenia technologii swoich dwóch największych firm, umieszczając silniki rakietowe w przyszłych wyspecjalizowanych modelach Roadstera Tesli. Silniki w rzeczywistości nie będą się palić, według piżma; zamiast tego będą wyrzucać wysokociśnieniowe zimne powietrze, dając Tesli dodatkowy wzrost przyspieszenia. To ruch, który może działać technicznie, ale również zaskakuje ekspertów branżowych i inżynierów: silniki nie będą zbyt wydajne i prawdopodobnie nie będą legalne.

konkretnie, Musk mówi o włączeniu kluczowego elementu sprzętu z rakiety Falcon 9 SpaceX — zbiornika znanego jako kompozytowy zbiornik ciśnieniowy lub COPV. Te butelki są wykonane z cienkiej metalowej wkładki owiniętej włóknami węglowymi i są świetnym sposobem na przechowywanie dużej ilości powietrza pod ciśnieniem na bardzo małej przestrzeni. Są również dość lekkie, dlatego wielu producentów rakiet używa ich do zwiększania ciśnienia swoich rakiet.

w Falcon 9 Kopvy siedzą wewnątrz zbiorników z materiałami pędnymi i utrzymują je pod ciśnieniem podczas lotu. Gdy rakieta wznosi się w Przestrzeń Kosmiczną, materiały pędne szybko opróżniają się ze zbiorników, a zadaniem Kopv-ów jest zastąpienie tych płynów helem, aby zbiorniki zachowały swój kształt. Sprężone powietrze wewnątrz tych butelek nie jest używane do bezpośredniego napędzania rakiety. Niektóre samochody również używają Kopv-ów: autobusy i ciężarówki wykorzystują je do przechowywania sprężonego gazu ziemnego, a samochody z wodorowymi ogniwami paliwowymi również polegają na Kopv-ach. Ale powietrze wewnątrz tych zbiorników jest używane jako paliwo dla silników w tych samochodach.

z roadsterem Musk ma inny pomysł: chce użyć ich jako silników, w których wydmuchują powietrze z tyłu lub z przodu samochodu, aby pomóc w napędzaniu i zatrzymaniu pojazdu. Może potencjalnie wydmuchać boki, aby pomóc w skręcaniu przy dużych prędkościach lub w ciasnych zakrętach. Samochody Użytkowe nigdy wcześniej nie korzystały w ten sposób z Kopv – ów, a pomysł ten rodzi wiele pytań dotyczących bezpieczeństwa i wydajności.

po pierwsze, Tesla Roadster już przyspiesza i hamuje niesamowicie szybko, a nowy Roadster jest podobno jednym z najszybszych samochodów na świecie, z czasem 0-60 wynoszącym 1,9 sekundy. Jest tak szybki, że toczy się ożywiona debata na temat tego, czy jakiekolwiek nowoczesne opony mogą kiedykolwiek jeździć szybciej. Tak więc Kopv musiałby wydmuchać dużo zimnego powietrza przy bardzo dużych prędkościach, aby przyspieszyć jeszcze szybsze przyspieszenie lub spowolnienie. To będzie wymagało dużej mocy i dość dużych czołgów, aby uzyskać jakikolwiek zauważalny efekt przeciwko prawdziwym ograniczeniom fizyki. A jeśli naprawdę zależy nam na prędkości, silniki te byłyby wyjątkowo głośne, podatne na ekstremalne zmiany temperatury i prawdopodobnie narażałyby inne samochody na niebezpieczeństwo. “Czy to jest opcja? Tak”, mówi The Verge Sam Abuelsamid, starszy analityk badawczy w Navigant, firmie doradczej dla przemysłu samochodowego. “Czy to mądra opcja? Absolutnie nie. To najbardziej niedorzeczna rzecz, o jakiej kiedykolwiek słyszałem.”

wielu producentów samochodów przyjrzało się jednak sposobom wykorzystania sprężonego powietrza do zasilania pojazdów. Na przykład w 2013 r.francuscy producenci samochodów Peugeot i Citroën ogłosili plany budowy pojazdu hybrydowego, który wykorzystywał sprężone powietrze jako źródło energii, choć prace nad nim wstrzymano. Projekty te zazwyczaj działają poprzez uwalnianie powietrza z pojemnika w kontrolowany sposób, aby napędzać turbiny lub tłoki silnika. Samochody na sprężone powietrze są okrzyknięte przyjaznymi dla środowiska, ponieważ nie spalają benzyny. Ale minusem jest to, że nie są super wydajne.

po pierwsze, sprężanie powietrza wymaga dużo energii. Musk twierdzi, że powietrze będzie uzupełniane w Kopv-ach za pomocą pompy elektrycznej, która czerpałaby z zasilacza Tesli. Ale eksperci twierdzą, że może to znacznie zmniejszyć napięcie akumulatora potrzebne do prowadzenia samochodu. “To z pewnością pożre energię przechowywaną w akumulatorze,” Dave Sullivan, menedżer i analityk produktu w AutoPacific, firma konsultingowa Motoryzacja, mówi Verge. “Obliczanie zasięgu lub cykl badania zasięgu pojazdu elektrycznego nie uwzględnia tego pomysłu.”

oczywiście wszystko zależy od tego, jak skuteczne będą Copvy. Silniki zimnego gazu mają stosunkowo niski impuls właściwy, co oznacza, że potrzebują dużo więcej paliwa – lub powietrza, w tym przypadku-aby uzyskać przyzwoitą siłę ciągu. To czyni je dobrymi dla satelitów w kosmosie, które nie wymagają dużego ciągu do manewrowania w próżni. Ale na drodze, z oporem powietrza i tarciem opon, zimny Gaz nie jest tak potężny. Tak więc Kopvy Tesla będą musiały być duże i nieporęczne, aby przechowywać wystarczającą ilość powietrza potrzebnego do uzyskania jakiegokolwiek większego efektu. “Wydaje się, że silnik będzie miał znaczną ilość energii, a jego rozmiar i pojemność w zbiorniku będą naprawdę korzystne”, mówi Abuelsamid. (Musk powiedział, że Kopv-y zajmą spory kawałek samochodu, zamieniając czteroosobowy w dwumiejscowy.)

firma mogłaby potencjalnie napełnić Kopvy wyższym ciśnieniem, aby zaoszczędzić miejsce, ale zbiorniki muszą być znacznie mocniejsze i cięższe, aby można je było uznać za bezpieczne dla pasażerów. Im większa presja w samochodzie dostawczym, tym mocniejsze muszą być zbiorniki. Kopvy, które Musk chce wykorzystać, to zmodernizowane rakiety Falcon 9, które będą przewoziły załogi na Międzynarodową Stację Kosmiczną. “Jest to zdecydowanie najbardziej zaawansowany zbiornik ciśnieniowy opracowany przez ludzkość”, powiedział na konferencji prasowej przed uruchomieniem SpaceX w maju. “To szaleństwo.”

mimo to pomysł przynosi wiele problemów związanych z bezpieczeństwem. Chociaż te Kopv są kluczowe dla lotów kosmicznych, były również źródłem niepokoju dla SpaceX. We wrześniu 2016 roku KOPV spowodował wybuch rakiety Falcon 9 na wyrzutni na Florydzie, podczas gdy pojazd był tankowany do testów. SpaceX twierdził, że to wina tarcia między paliwami napędowymi w zbiorniku silnika a COPV. Super zimny ciekły tlen, którego SpaceX używa do swoich Falcon 9, źle zareagował z włóknem węglowym owiniętym wokół COPV.

SpaceX znacznie zmodernizował swoje Kopvy od tego czasu, a wszelkie butelki włożone do Tesli nie będą otoczone kriogenicznym tlenem. Mimo to, gdy powietrze jest szybko uwalniane z butelki pod wysokim ciśnieniem, doświadcza ekstremalnych zmian temperatury. Im szybciej powietrze zostanie uwolnione, tym zimniejszy stanie się COPV. Więc jeśli Tesla zamierza szybko zdmuchnąć te butelki, mogą łatwo osiągnąć super zimne temperatury, co uczyni Copv-y kruchymi i mniej stabilnymi konstrukcyjnie. Tesla może to zwalczyć, wydmuchując butelki wolniej, ale wtedy silniki nie będą miały tak dużego wpływu na samochód.

i w zależności od tego, jak szybko powietrze wybucha, silniki mogą stanowić zagrożenie dla innych samochodów na drodze. Jeśli Kopv będą miały jakąkolwiek znaczącą siłę na Teslę, będą również miały znaczącą siłę na samochody otaczające Teslę. Silniki zimnego gazu mogą osiągnąć impuls właściwy około 70 sekund. Oznacza to, że gaz opuszczający COPV może osiągnąć nieco więcej niż 1500 mil na godzinę. W ten sposób powietrze może wysyłać szybko poruszające się szczątki do pobliskiego samochodu, a nawet naciskać na otaczające Pojazdy.

ale nawet jeśli Tesla wymyśli obejścia dla wszystkich tych rzeczy, jest hałas do rozważenia. Uwalnianie dużej ilości sprężonego powietrza jest głośne. Istnieją przepisy dotyczące ilości hałasu przejazdu, jaki może mieć samochód, i wątpliwe jest, aby wyposażona w silnik Tesla spełniła te wymagania. “Pojazdy benzynowe nie mogą hałasować” – mówi Sullivan. “Mogę sobie tylko wyobrazić, że byłoby to niezwykle głośne i nie byłoby legalne na ulicy.”Musk powiedział, że samochód nie jest zalecany do środowisk miejskich.

więc dodanie Kopv-ów do Tesli jest wykonalne, chociaż prawdopodobnie nie będą one dozwolone na żadnych głównych drogach, biorąc pod uwagę ryzyko. Mimo to, to całe mnóstwo skomplikowanych maszyn, aby już bardzo szybki samochód jechał nieco szybciej.