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          為什么電動車之后,下個被革新的一定是「飛行汽車」

          摘要

          電動汽車帶來的「三電」和自動駕駛技術的成熟,為飛行汽車奠定了可能。

          汽車脫離地面交通的束縛,任意穿梭于三維空間。不需要七彎八繞,出行可以是「兩點之間,直線最短」,這是《銀翼殺手 2049》等科幻片里的未來交通。

          從 1924 年《大眾科學》雜志的整個版面、亨利·福特嘴里念叨的「飛行汽車會很快到來」,到莫勒(Paul Moller)1967 年成立飛行公司,卻在 25 年后仍然不能讓飛車穩定懸停。很長時間里,飛行汽車只是彼得·蒂爾抱怨中的那 140 個字符。

          開源自主飛行框架 GAAS 的創始人王漢洋,曾這樣描述飛車早期的常見的敘事:「一群人出于瘋狂或者『忽悠』,浪費資源做一件注定無望的事。」

                   莫勒和他的飛行汽車|圖片網絡

          在過去幾個月,多被稱作「飛行汽車」的 eVTOL(電動垂直起降飛行器)卻異常活躍。

          全球從事 eVTOL 開發的項目達 260 余項,豐田、優步、騰訊紛紛布局,國內包括瑋航科技、沃蘭特、時的在內的一批初創公司獲得融資,國外 Joby、Lilium、Archer 成功上市……

          10 月底,小鵬匯天發布聘請原國防科技重點實驗室副總師李明的消息。此前不久,它剛把新一代飛行器的量產時間定在了 2024,融資 5 億美元在 A 輪成為了行業「獨角獸」。

          經歷了一次次的希望與失望,eVTOL 再次打開了人們對立體出行的想象。資本的青睞、越來越多的參與者似乎都在預示著一場交通的變革。發生在這個時期的 eVTOL 熱潮不說水到渠成,其實也早有了些準備。

          技術發展帶來新可能

          「黃浦江邊曾經有一個直升機游覽的項目,后來因為噪音擾民被叫停。」這個例子常被用在 eVTOL 介紹的開場。

          直升機靠一個巨大的旋翼提供升力,「單旋翼高速轉動時產生的噪聲,恰恰正處在那種足以惹惱每個人的頻率上。」而且如果旋翼失靈,很容易直接墜毀。可見單旋翼的構型,并不能滿足城市飛行對安全和噪聲小的要求。而這兩點,也正是 eVTOL 相較于直升機的優勢。

          eVTOL 的構型主要有多旋翼和多涵道(涵道風扇),「多」的設置是為了提供安全冗余。多涵道目前主要在驗證階段,目前已經生產出的 eVTOL,大多采用多旋翼的構型,其中的原因離不開多旋翼已經在無人機上經過一輪驗證,有了較多的應用。

          多旋翼結構早在鴉片戰爭期間就被英國人喬治·凱設計了出來,但早期在和直升機的競爭中一直落于下風。多旋翼的機械結構簡單,可是同時控制好幾個旋翼、感應并調節姿態對傳感器的精度有極高的要求,這個問題在最初的幾十年一直沒解決。

          受益于電子技術的發展,處理器逐漸能滿足多旋翼的計算要求,傳感器小型化也成為可能。控制學專家對多旋翼直接驅動方式的青睞,則進一步推動了飛控技術的發展。

          2005 年,基于 Arduino 的開源飛控發布,隨后的開源飛控 APM(ArduPilotMega)和 PX4 相繼問世,無人機產業爆發,而技術還在進步,不斷積淀,并在 eVTOL 上找尋新的應用機會。

          分布式電力推進系統(DEP)是另一個在降低噪音和提高安全性上具有決定性意義的技術。

          分布式推進系統是多電機和飛控組成的動力系統,能更好地管理運行狀況,而且同多旋翼一樣,也提供了一定的安全冗余:即使一個或多個電機失效,垂直起降飛行器仍然能維持飛行。

          除此之外,分布式推進系統是將發動機的能量轉化后,提供給分布在機翼或機身上的若干風扇、螺旋槳或者其他裝置產生動力。它能夠集成到機體結構上,優化機體周圍的流場,大幅降低油耗、減少排放,同時能夠減輕飛機的重量,降低阻力和噪聲。

          2009 年,師從莫勒的喬本·貝維(JoeBen Bevirt)特成立了 Joby Aviation,距離他判斷老師的夢想沒有技術條件并離開飛行汽車,已經時隔近 20 年。多年重回飛行汽車行業,有人說正是一些重點技術進展讓他看到了可能。

          電動汽車「技術溢出」

          除了上述技術的出現和成熟,智能電動車行業則是一個更為集中的技術外溢池,為 eVTOL 的研發提供了較為成熟的三電系統、零部件、智能化系統以及相應的硬件設備的上游產業鏈準備。

          當被問及 eVTOL 主機廠和上游供應鏈的關系時,一位 eVTOL 行業的投資人覺得從順序上來說,肯定是主機先于供應鏈。「這就跟特斯拉大賣了,然后中國的三家電動車企業起來了,你的時代變得很牛逼一樣。」

          特斯拉在智能電動車領域打出一片天地后,新的力量也躍躍欲試,特別是在各國政策的扶持下,智能電動車行業蓬勃發展。

          而隨著智能電動車產業進入高速發展期,「三電」同樣成為零部件領域的重要賽道。各供應鏈企業和車企看到了機會,也加大了對大功率電機、高密度鋰電池、自動駕駛技術的投入和應用。

          以電池為例,特斯拉在與眾多供應商合作的同時,也自研自產動力電池,推動隔膜、電解液等技術革新。今年 9 月底發布的無極耳 4680 電池在改善成本的同時,能提高 5 倍能量密度,目前該電池正在日本試產。

                   特斯拉推出的無極耳的 4680 電池|特斯拉

          除了性能的提升,新技術使用規模的擴大和參與者的增多,生產成本和價格也會相應下降。根據航空工程師西奧多·萊特的觀察,鋰電池的產量每增大一倍,成本會降低 10%~15%。

          無論是性能提升還是價格下降,都讓 eVTOL 受益匪淺。

          英特爾創始人之一的戈登·摩爾曾預言,在成本不變的情況下,集成電路上可容納的元器件的數目,大約每隔 18-24 個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。歸納了信息技術進步速度的「摩爾定律」,也一次次被事實驗證。

          「任何一項技術,只要它的『功率』升高,而價格不斷下降,就可以成為指數型技術。」IT 界的飛速前行如此,動力電池、三電系統的發展也彰顯著他們的潛力。

          而不管是在電動車還是在 eVTOL 上,更有新意和價值的,是一些指數型技術開始相互融合與交互。

          人工智能革命催生的強大算力,材料科學里的碳纖維和合金材料,智能手機戰爭中的傳感器、全球定位、視覺成像 ……在 eVTOL 中,我們能看到好多技術的影子。

          承接、融合了各項技術的 eVTOL,也在發展著以它為起點的新科技。如傾轉翼和涵道的氣動設計技術、應用新質子導電膜的新型氫燃料電池。

          在中國工程院院士陳志杰看來,「技術跨域融合的常態化將為低空空域的管理發展帶來更多可能。」

          接下來的問題是:技術在未來會如何融合?哪個行業會是新的出口?技術演進的速度、顛覆的潛力在下個階段會怎樣發展?

          或許,我們可以采用一個更大膽的「摩爾定律」了。

          航空業迎來「電氣化」

          「任何事物的發展都離不開時代大背景」,這是歷史老師教給我們的東西。除了從技術演進的路徑分析,eVTOL 的前綴「e(electric)」也給了它更多闡釋的可能。

          現在這個時代影響最深刻和深遠的發展趨勢,應該就是「節能減排」。在此背景下,「電氣化」進駐到各行各業的生產消費過程中,能源結構的轉型升級不可避免。

          全球車企都在加速「電氣化」的進程,沃爾沃宣布從 2030 年起將只銷售電池電動汽車;捷豹計劃到 2025 年只生產全電動汽車,捷豹和路虎品牌的所有車型到 2031 年都將提供純電版本;通用汽車宣布建設第二座電池廠;而梅賽德斯·奔馳正在尋求發展自己的電池;大眾宣布未來五年將投資約 600 億歐元,用于開發電氣化和數字化等下一代技術。

          繼數字化之后,航空業也正在邁入電氣化的新一輪革命。

                   羅羅「創新精神號」在英國完成首飛|圖片網絡

          羅爾斯·羅伊斯公司(下稱「羅羅」)在英國范堡羅國際航空航天展覽會上提出「EVTOL」的概念時,將其作為「倡導電氣化」戰略的重要組成部分。

          在日前舉辦的第 26 屆聯合國氣候變化大會上,羅羅首次展示了「mtu 零排放燃料電池系統」。此前 9 月,羅羅的「創新精神」號全自動飛機成功首飛,為項目開發的先進電池和推進技術則可以應用于 eVTOL 和通勤飛機上。

          電力推動的 eVTOL 是航空領域脫碳的重要標志,航空業的減排需求和難度,也給了投資人投資的機會。

          能源結構轉型的大趨勢下,不只是電力,其他可持續能源也在創造著一個個行業的發展機會。

          這些機會中不乏一些造車勢力的影子。大眾汽車宣布將在 2025 年前投入 4000 萬歐元,在歐洲建立太陽能及風力發電廠。小鵬汽車近日宣布,旗下位于廣州肇慶的分布式光伏項目順利并網。

          eVTOL 未來會不會用上其他「新能源」,怎樣在「減排」的同時「節能」又會發展成下一個命題。

          「飛行汽車」等待破局者

          2016 年,Uber 發布「Elevate」城市空中交通白皮書,并計劃 2020 年開始 UAM 運營。2020 年底,Joby 收購「Elevate」項目,此時該項目的創始團隊已經各奔東西,但 eVTOL 和 UAM 兩個相輔相成的概念卻一直在資本市場中流傳并向大眾傳播。

          業界人士評論:「Uber 最大的成就或者說對 eVTOL 行業的貢獻,可能就是創造性地把 eVTOL 這樣一種單純的航空技術與 UAM 的應用場景相結合,在投行的行研配合下,創造出一個極其宏大的敘事。」

          關于 eVTOL 后的未來交通場景,一些飛行器制造商們已經描繪和渲染過很多遍。節省通勤時間,甚至是改變現有交通網絡結構,進而改變城市形態和商業生活的構想,無疑是振奮人心乃至具有變革性的。

                   小鵬匯天暢想的未來飛行汽車的使用場景|小鵬匯天

          然而在經歷了前期的好奇后,大眾對「飛行汽車」的態度卻更多的是懷疑。在相關新聞評論里最常見的兩個詞是「畫餅」和「圈錢」。

          「科技對社會的推動取決于社會對科技的運用水平」,只有使用者越多,科技產品對社會的貢獻才會越大。

          不少 eVTOL 公司已經公開確定了量產和商用的時間節點,但是從他們計劃中的商用到真正進入我們的生活又還有多遠的距離呢?

          一位投資人在被問及在 eVTOL 賽道的投資期待時談到,「25、26 年,有優秀的公司,不管是誰,把這件事做出來。」「到時候再看最合適的場景到底是什么樣的。」

          《未來呼嘯而來》的作者彼得·戴曼迪斯說:「預見未來的最好方法,就是創造未來」。eVTOL 正在等待一個特斯拉一樣的破局者。

          參考文章:

          《離開地面這十年:從會飛的相機到飛行汽車》,王漢洋

          《怎么還有人相信飛行汽車》,王漢洋

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