Летящите автомобили са сред обещанията на технологичната индустрия от десетилетия. Сега Tesla представи машина, която поне донякъде се доближава до тази идея.

Миналата седмица Илон Мъск показа дългоочаквания Roadster 2 – новото поколение на спортния електромобил на компанията, чиято премиера беше отлагана многократно през последните години.

По време на демонстрацията прототипът успя да се издигне във въздуха, макар и за кратко, да се движи по вертикална повърхност и дори да прескочи други автомобили от гамата на Tesla.

Необичайните възможности на машината обаче повдигат два основни въпроса: трябва ли подобни маневри изобщо да бъдат разрешени на обществени пътища и как автомобил с тегло близо два тона успява да преодолее гравитацията?

„На втория въпрос можем да отговорим сами – с помощта на физиката“, пише в свой анализ за WIRED Рет Ален, доцент по физика в Университета на Югоизточна Луизиана.

Илон Мъск представи „летящ“ Tesla Roadster с ракетни ускорители от SpaceX

Как автомобилът успява да се движи по вертикална стена?

Един от най-впечатляващите моменти от демонстрацията е движението на Roadster 2 по кръгла рампа, при което автомобилът остава прикрепен към повърхността дори когато е с колелата нагоре.

За да обясни как е възможно това, Ален насочва вниманието към силата на триене.

„Когато две повърхности взаимодействат, например гумите на автомобила и пътят, между тях може да възникне сила, която предотвратява приплъзването им една спрямо друга. Това взаимодействие се нарича статично триене“, обяснява физикът.

Големината на тази сила зависи от материалите и от силата, с която повърхностите се притискат една към друга.

tesla.com/roadster

При обикновен автомобил, който се изкачва по наклон, гравитацията постепенно започва да работи срещу него. Колкото по-стръмен е наклонът, толкова по-трудно става гумите да осигуряват необходимото сцепление.

Според изчисленията на Ален при коефициент на триене 0,6, приблизително характерен за гума върху асфалт, максималният наклон, който автомобилът може да преодолее при разглежданите условия, е около 31 градуса. Дори при значително по-добро сцепление и коефициент 0,9 този ъгъл достига едва около 42 градуса. Нито една от тези стойности не се доближава до вертикална стена.

За да постигне подобно движение, Tesla използва различен подход. Вместо да разчита единствено на теглото на автомобила и сцеплението на гумите, системата създава допълнителна сила, която го притиска към повърхността.

Това се постига чрез вентилатори, които извеждат въздуха изпод автомобила. В комбинация със специални странични уплътнения те понижават налягането под шасито и създават ефект, подобен на този при прахосмукачка. Получената разлика в налягането позволява автомобилът да бъде притиснат към пътя или стената с много по-голяма сила.

Tesla пусна Cybercab по улиците на Остин и разширява услугата си с роботаксита

Какво показват изчисленията?

За да провери доколко реалистично е подобно решение, Ален използва приблизителни параметри на Roadster 2.

Tesla посочва целево тегло от около 1700 килограма, а за целите на изчислението физикът приема, че ефективната площ, върху която действа разликата в налягането, е приблизително два квадратни метра.

Резултатът показва, че налягането под автомобила трябва да бъде около 86% от атмосферното, за да се създаде достатъчна сила, която да го задържи върху вертикална повърхност.

„Това изглежда напълно постижимо“, отбелязва авторът.

Той уточнява, че уплътненията под автомобила не могат да бъдат идеални. Затова вентилаторите трябва да работят непрекъснато, за да поддържат необходимата разлика в налягането.

Технологията обаче има и значително по-практично приложение от движението с главата надолу.

„Притискането на автомобила към пътя означава, че можете да ускорявате и спирате по-бързо, както и да вземате по-остри завои“, обяснява Ален.

Причината е, че допълнителният натиск увеличава сцеплението между гумите и настилката.

Подобен принцип отдавна се използва при високопроизводителните спортни автомобили, но според физика Tesla демонстрира значително по-екстремно приложение.

Ще убеди ли Мъск Уолстрийт в идеята за сливане между Tesla и SpaceX

Ускорение до 100 км/ч за по-малко от секунда

Друга необичайна характеристика на Roadster 2 е заявената възможност да ускорява от 0 до 60 мили в час, или приблизително 97 км/ч, за по-малко от една секунда.

Според автора на WIRED подобно постижение е невъзможно за традиционен автомобил, който разчита единствено на сцеплението между гумите и пътната настилка.

При коефициент на триене 0,6 теоретичното минимално време за достигане на тази скорост е около 4,56 секунди, ако не се използват допълнителни системи за увеличаване на сцеплението.

По-добрите гуми и аеродинамичните решения могат да подобрят резултата, но сами по себе си не са достатъчни за ускорение под една секунда.

Затова Roadster 2 разчита и на друга технология – сгъстен въздух, който се изхвърля с висока скорост през специални дюзи.

Принципът е подобен на този при ракетите.

За да го обясни, физикът дава пример с детска количка, задвижвана от надут балон.

Когато въздухът започне да излиза от балона, той създава реактивна сила, която придвижва количката в обратната посока.

Това е пример за третия закон на Нютон, според който на всяко действие съответства равно по големина и противоположно по посока противодействие.

При Roadster 2 ролята на балона се изпълнява от резервоар със сгъстен въздух, а системата от дюзи позволява създаването на допълнителна тяга.

Така автомобилът може да ускорява по начин, който не зависи само от сцеплението на гумите с асфалта.

SpaceX изстреля Starship в орбита за първи път

Може ли Roadster 2 реално да лети?

Същата система за реактивна тяга позволява на автомобила да се издига от земята.

Според физика обаче определението „летящ автомобил“ трябва да се използва с известни уговорки.

Причината е, че запасът от сгъстен въздух може да осигури тяга само за няколко секунди. С намаляването на налягането в резервоара въздухът излиза с по-ниска скорост и силата, която повдига автомобила, отслабва.

„Това доста разширява границите на понятието „летене“, особено като се има предвид, че резервоарът може да осигури тяга само за няколко секунди“, коментира Ален.

Технологията позволява краткотрайно издигане и скокове, но не и продължителен полет, сравним с този на самолет или хеликоптер.

Освен ограничената продължителност съществува и друг сериозен проблем – ускорението, на което може да бъде подложен човекът в автомобила.

Тъй като реактивната тяга действа за кратко време, тя трябва да бъде достатъчно голяма, за да издигне тежката машина и да ѝ позволи да преодолее препятствие.

„При голяма сила получаваме и голямо ускорение, а високите ускорения по принцип не са полезни за хората“, предупреждава преподавателят.

Хуманоидният робот Optimus може да бъде следващата голяма революция в историята на Tesla

За да оцени натоварването, Ален анализира видеозапис от демонстрацията, при която Roadster 2 прескача електрическия камион Tesla Semi.

Използвайки специализиран софтуер за видеоанализ и приблизителната височина на камиона от четири метра, той проследява движението на автомобила кадър по кадър.

На тази основа изчислява приблизителното вертикално ускорение по време на скока.

Резултатът е около 98 метра в секунда на квадрат, което съответства на приблизително 10 пъти земното ускорение – или 10 g.

Това е изключително високо натоварване за човешкото тяло.

„Хората могат да понесат подобна сила за кратък период, но преживяването няма да е приятно и все пак крие рискове“, отбелязва физикът.

Той уточнява, че изчислението е приблизително и се основава на видеозапис, а не на директни измервания на автомобила.

Въпреки това оценката показва защо демонстрираните възможности на Roadster 2 не могат автоматично да се приемат за безопасни за човек зад волана.

„Може би затова по време на тази демонстрация зад волана е имало робот“, завършва анализа си авторът на WIRED.