[비즈한국] 汽車沿著坡道向上行駛，竟然在天花板上倒著跑。緊接著，它躍入空中，車身在半空旋轉，隨後平穩落地。這看起來像是電影裡的畫面，卻是特斯拉於10月15日（當地時間）在美國德克薩斯州釋出的新一代Roadster實車演示。特斯拉還公開了這款車從靜止加速到時速60英里（約97公里）僅需0.81秒的驚人表現。汽車能夠實現如此動作的秘訣，不僅僅是因為電動機更強勁。特斯拉在車身內裝入了能夠吸入空氣將車身牢牢固定在地面的風扇，以及像宇宙飛船那樣噴射高壓氣體的推進器。這相當於繞過了汽車百年來依賴的“輪胎與路面摩擦力”這一限制，改用了其他工程技術手段。
特斯拉公開的新一代Roadster主要分為Performance（效能版）、Thrust（推力版）和Rocket（火箭版）。Performance版是供兩人乘坐的公路車型，使用主動空氣動力學裝置和底盤吸附系統。Thrust版在此基礎上增加了後部冷氣推進器。頂配的Rocket版則將座椅減為一個，並在車身各處部署推進器，從而實現了上下左右移動乃至空中旋轉。特斯拉給出的Thrust版0到60英里/小時加速時間低於0.9秒，而未獲得普通道路行駛許可的Rocket版則低於0.59秒。其量產目標時間為2028年。
不燒燃料，瞬間釋放壓縮氣體
Roadster在空中懸浮的原理其實很簡單。一種名為“冷氣推進器（cold-gas thruster）”的裝置，透過噴嘴快速噴射高壓儲存的氣體。與透過燃燒燃料和氧化劑產生高溫燃燒氣體的常規火箭發動機不同，它沒有單獨的燃燒過程。儲存的壓縮氣體在膨脹過程中噴出噴嘴，其反作用力推動車輛向相反方向運動。這是將牛頓第三運動定律應用在了汽車上。
氣體向後噴射，車就向前；向下噴射，車就向上浮起。分別調節車身前後或左右佈置的噴嘴噴射量，甚至可以在空中實現轉向。這與宇宙飛船在太空中改變方向和姿態時使用的反作用控制系統（RCS）邏輯是一樣的。實際上，埃隆·馬斯克領導的航天企業SpaceX也參與了Roadster的研發。公開的火箭版本增加了產生垂直推力的下方噴嘴以及控制車身方向的側向噴嘴。
儲存這些氣體的裝置是COPV（複合材料高壓容器）。這是一種用碳纖維等高強度複合材料包裹金屬或氣密襯層的技術，能承受極高壓力同時減輕重量，在航天運載火箭中被廣泛應用。《MotorTrend》在現場確認，Thrust版車型的壓力容器規模約為200升，使用的是高達1萬psi（約69MPa）的壓力。連線壓力容器與噴嘴的管道也使用了鈦和Inconel等航空級材料。由於四個後部噴嘴如果噴射時間不一致會導致車身旋轉，因此連管道長度都經過了嚴密的等長設計。
問題在於壓縮氣體無法無限使用。簡化來說，推力與單位時間內噴出的氣體質量及噴射速度的乘積成正比。要讓近千公斤重的汽車浮起來，就必須在極短時間內噴出海量的氣體。例如，若車輛重1700kg，僅維持在地面懸浮就需要約16.7kN的垂直推力。若要向上快速加速，則需要更大的推力。因此，Roadster的“飛行”與其說是像eVTOL（電動垂直起降飛行器）那樣移動幾十公里的飛行，不如說是在幾秒鐘內集中使用壓縮氣體來實現躍升和姿態調整。
倒著跑的秘訣就在於“吸塵器”原理
Roadster實現空中懸浮的技術固然令人驚歎，但其將車輛向下壓在地面的技術同樣有趣。車身底部安裝了高速風扇。風扇將車身與地面之間的空氣抽走，導致底部氣壓降低，從而與車面上方的大氣壓產生壓差。這種壓差作用於整個寬闊的車身底部，將車輛死死壓在路面上。
原理即“壓力差×面積”。一般跑車的尾翼或擴散器雖然也利用氣流產生下壓力，但需要較快的速度才能發揮作用。風扇則不同，即使在靜止狀態下，透過轉動電機也能降低車底氣壓。特斯拉表示，Roadster的吸附系統最大可產生相當於約2G的力。這就是為什麼在演示中，Roadster在爬上陡峭的坡道後即便倒掛，也能讓輪胎貼著路面行駛。
例如，如果車身能以2G的力向路面吸附，那麼當汽車完全倒掛時，減去1G的重力，理論上仍有相當於1G的力將輪胎壓在路面上。不過，一旦汽車離開地面，風扇效率會急劇下降，因為車底與路面之間需要空間來維持壓差。歸根結底，這是一種在地面時由風扇抓住車身，離開地面後由冷氣推進器接力工作的結構。
電動車速度的瓶頸不是電機，而是輪胎
特斯拉制造這些複雜裝置的原因，與高效能電動車目前面臨的難題有關。電動機的輸出功率已經足夠強勁，問題在於輪胎能否將這些動力傳遞到路面上。輪胎能傳遞給路面的最大力，簡化來說就是摩擦係數（μ）與輪胎對路面的壓力（N）的乘積“μN”。無論電機功率再怎麼提高，只要輪胎打滑，就無法再快速加速。
Roadster的風扇正是人為增加了N值，透過將車輛強力向下壓，增加了輪胎所能傳遞的力。而冷氣推進器則更為激進——它直接跳過輪胎，直接推動車身前進。即便輪胎抓地力達到極限，推進器也能提供額外的加速度。傳統汽車是透過更好的輪胎、四驅系統、扭矩向量控制和空氣動力學裝置來推高摩擦力的極限，而特斯拉則選擇從不依賴路面的裝置中獲取部分推進力。
特斯拉在演示中提到的0到60英里/小時0.81秒，簡單計算就能發現這種差異有多麼巨大。時速60英里約為每秒26.8米，要在0.81秒內達到該速度，平均加速度約為33.1m/s²，即重力加速度的約3.37倍。《MotorTrend》假設車重約3750磅（1700kg），分析認為在後輪電機利用風扇下壓力產生約32.3kN推進力，再加上推進器額外提供約19.8kN的情況下，0.8秒水平的加速是可以實現的。當然，0.81秒只是特斯拉演示中給出的數值，尚未經過獨立機構的官方測定。
壓縮氣體使用後可以重新填充。與需要外部注入特殊推進劑的化學火箭不同，它只需利用電動壓縮機重新壓縮空氣即可。最終，能源的起點是Roadster的電池。透過電池的電能驅動壓縮機，以高壓氣體形式儲存，再在關鍵時刻瞬間釋放。如果只計算能量效率，這比直接將電能輸送給電動機要差。但它並非為了高效使用能源，而是為了作為一種“氣動助推器”，在幾秒鐘內製造出極高的輸出功率。
應將其理解為“技術展示”，而非量產車
特斯拉在釋出的同時開啟了Roadster的預售。然而，接受預訂與真正成功量產是兩碼事。因為需要解決的問題太多了：首先，必須確保69MPa左右的超高壓容器在碰撞事故中絕對安全；當氣體噴射方向有行人或其他車輛時的安全隱患也必須解決。此外，超高壓氣體從噴嘴噴出時產生的噪音、衝擊，以及壓力容器反覆充放電帶來的耐用性問題都需要驗證。會飛的“火箭版”不僅涉及汽車安全法規，還可能觸及航空監管領域。特斯拉也表示，火箭版本是不被允許在公路上行駛的特邀車型。
從經濟性角度看，Roadster不太可能成為特斯拉的主力車型。馬斯克此前也評價過Roadster是對特斯拉業績影響不大的專案。業界普遍將Roadster視為象徵製造商品牌技術實力的所謂“光環車型（Halo Car）”。實際上，特斯拉最近正將業務版圖擴大到自動駕駛、機器人計程車和人形機器人等領域。在這種情況下，很難單純以銷量來衡量投入10年時間研發一款限量銷售的超高效能跑車的意義。
相反，Roadster的意義在於它改變了汽車效能競爭的規則。在燃油車時代，提高發動機功率、最佳化變速箱，再透過輪胎、懸架和空氣動力學將力量傳導到路面，是開發高效能汽車的基本公式。進入電動車時代，電動機能輕易在短時間內產生巨大扭矩，瓶頸從動力源轉移到了輪胎。特斯拉為了解決這一限制，從汽車工業之外尋找答案——利用賽車演變而來的吸附風扇將輪胎強行壓在地上，而動力不足的部分，則直接使用宇宙飛船常用的冷氣推進器來補足。
嚴格來說，Roadster並不是我們想象中那種“能飛到目的地”的汽車。它沒有機翼、沒有螺旋槳，也不是為了維持飛行而設計的最高效推進系統。但特斯拉打破了“汽車必須透過四個輪胎來加速和轉向”這一前提。在地面時它吸入空氣鎖住車身，在空中時它噴出壓縮空氣驅動車輛。Roadster所展現出的最有趣的科技，也許並非飛行本身，而是它為了追求更快速度，已經完全超越了傳統汽車工程的邊界。