特斯拉关于其新款“飞行”跑车的宣称是真的，还是只是虚张声势？
Tesla终于再次公布了其下一代Roadster的样车，这款车早在2017年就以截然不同的形态亮相过。由于我上次已经对其工作原理进行了技术分析，这次我想简要更新一下目前我们所了解的这款新版本的信息。
（更新：随着各种媒体发布的该车内部结构展示视频，我们正在补充本文内容，回答产品演示中未涉及的一些问题。）
2017年时，Roadster被宣传为能够“彻底击败汽油动力汽车”的车型。
当时，电动汽车已凭借极快的加速性能证明了自身实力。但真正的电动跑车并不多（当然，2008年推出的首款特斯拉Roadster除外，正是它开启了这一领域）。
新一代Roadster旨在改变这一状况，它采用更小巧、离地更低的设计，注重速度而非舒适性或效率。当然，和所有电动汽车一样，它也具备其他一些优势，但其核心目标是在赛道上击败燃油车，赢得比赛。
然而……十年过去了。自那款车首次亮相至今已近9年，特斯拉仍未将其推出市场。与此同时，许多其他公司也推出了自己的电动跑车，并创造了多项纪录。
Rimac Nevera R的时速达到了300公里/小时（186英里/小时），比布加迪Chiron Super Sport快了3.5秒；由智能手机公司推出的小米SU7 Ultra则创造了纽博格林赛道纪录；保时捷的电动车型速度更甚……但这些都还比不上拥有有史以来第三快行驶速度的莲花Evija X。另一家中国公司比亚迪则展示了其汽车具备跳跃功能，这是其主动悬挂系统的特色。
甚至还有一些专为赛道设计的复杂电动车型，它们以近乎电子游戏般的性能超越了所有现有车辆，还具备倒置行驶的能力——而且这种车真的可以购买到。
因此，特斯拉原本想要开辟的道路看起来已不再像一片未开发的荒野，而更像是一条人迹罕至的小径。或许还没有人完全走完这条路，但特斯拉已不再是先行者了。
但特斯拉的演示最为令人印象深刻，这一点不得不承认。
在演示中，它对这款汽车提出了些惊人的宣称——随后又用实际表现证明了这些说法。首席执行官埃隆·马斯克称这款汽车能够飞行，而它确实做到了，甚至在空中完成了翻转动作。它的0-60英里/小时加速时间不到1秒，这一数值是其他任何汽车都无法企及的。它还能倒着行驶。
它是如何实现这些功能的？这些功能又意味着什么？它们能否如马斯克今晚所承诺的那样，帮助这款汽车打破全球所有的速度纪录？好吧，现在是时候简单了解一下车辆动力学了。
（在本文中，我们将把今晚发生的一切视为真实事件而非伪造。虽然很多场景看起来令人惊讶，但我们确实知道粉丝自制汽车是真实存在的，火箭助推器能够提升加速度，而且我们也见过依靠小型燃气推进器实现自动调平的飞行器，因此这一切都具备一定的合理性，即便那辆汽车在空中的移动速度比人们预想的要快得多。此外，直接宣称“全是假的”未免过于草率——我们更愿意尝试分析哪些情况合理，哪些不合理，并以此作为探讨车辆动力学的起点。那么，请系好安全带。）
倒置驾驶
第一个演示展示了那辆跑车在类似Hot Wheels的赛道上行驶，先完全垂直上升，随后又倒置下来。
这一效果是通过类似上文提到的能够倒着行驶的McMurtry Speirling那样的“风扇车”系统实现的。特斯拉将其称为“多模式吸力系统”。
车辆上的风扇用于在车底形成低压区，从而使周围的大气压力将车辆压在它所贴附的表面上。为此，车辆底部装有裙边，用于密封车底，防止空气进入低压区。
这一设计在某项专利中有记载，是对麦克默特里系统以及此前各类风扇汽车系统的巧妙改进，因为它能够调节侧裙的高度，使车辆能够在非平滑赛道等更多场景下使用。例如在高速行驶时，前后侧裙会升起，风扇则用于保持车辆底部的气流顺畅。
显然，四个风扇每个都能输出约20千瓦的功率，因此仅用于将车辆压在地面上的动力就达到了80千瓦，相当于108马力。
特斯拉显示屏上显示的下压力数值高得惊人，在我看来几乎不现实。一辆重量显然不到1,700公斤（约3,700磅）的汽车，根本不需要4,700公斤的下压力——这比原版Roadster的重量还要重近一千磅。
与McMurtry的Speirling相比，那辆车的重量约为1,000公斤，却能产生约2,000公斤的下压力以实现其功能。因此特斯拉不仅实现了更高的下压力数值，其质量与下压力之比也高于McMurtry的那辆车。虽然存在4,700公斤这种可能性，但这个数字对我来说仍然大得惊人；如果其中有些数据被夸大了，我也不会感到意外。
从其他关于Roadster性能的描述中也能看出端倪——特斯拉称其过弯时的侧向G力可超过2G，这已经相当令人印象深刻了，而Speirling则声称其过弯时可达3G的侧向G力。（高性能汽车通常的侧向G力在1到1.2G之间）
另外：它的噪音大得惊人。在活动现场，当汽车驶上斜坡时，数百英尺外的观众都不得不戴上耳塞。这无疑削弱了电动汽车的诸多优势之一，我们不禁好奇汽车内部的噪音会是如何。
从斜坡上跳下，然后着地。还有后空翻动作。
下一个特技是驾驶汽车上斜坡，从斜坡顶端跳下后再着地。
这一特技利用了安装在汽车各处的“冷气推进器”。
特斯拉另辟渠道宣布，该车型将提供三种配置版本：Performance、Thrust和Rocket。其中只有Rocket版本具备“飞行条件”，其在车辆四周甚至底部都装有冷气推进器，使其能够短距离飞行。
这种飞行功能是通过压缩空气并将其储存在车辆上的储气罐中实现的。Thrust版本拥有200升的储气空间，而Rocket版本则牺牲了第二排座椅以获得额外的400升储气空间（从理论上来看，这些能量似乎足以实现特斯拉展示的飞行特技）。Rocket版本还在每个车角各增加了一个向下喷射的推进器，前方则增加了两个用于控制偏航的推进器。
诚然，我对火箭的了解远不如对汽车动力系统的了解，因此对于使用全尺寸车辆并保持足够油量以产生足够力量来完成这些特技动作的真实性，我实在没什么有用的意见。但我可以告诉您，如果这些功能真如特斯拉所宣称的那样实现，将会带来哪些好处。
特斯拉还展示了这款汽车在其余车辆上方完成“后空翻”的场景，这一动作同样运用了之前展示的跳跃技术。
虽然这是个令人印象深刻的演示，但从驾驶性能方面来看并无实际优势。
尾翼系统能够提供额外的下压力——这是因为轮胎的承受能力是有限的，而在保持车辆质量不变的情况下增加其表观重量（注意，这两者是不同的概念），就能让轮胎承受更大的压力。这有助于提升车辆在各种需要使用轮胎的场景下的表现，也就是影响车辆性能的方方面面。
但那些将车辆向上推的火箭发动机却不会产生这样的效果。它们产生的其实是“上压力”，不过这个说法根本没人会用，因为这并不是人们希望看到的效果——除非你想捉弄马克·韦伯。将车辆向上推只会让轮胎承受更小的压力，从而严重损害车辆的性能。
更糟糕的是，为该系统添加推进器会增加质量并提升复杂性。这意味着又有新的部件可能出故障，同时也会降低飞行器的速度。正如马斯克所说，加速度等于力除以质量，因此增加质量就会降低加速度。
所以这种跳跃功能只不过是个噱头，对性能提升毫无帮助。
不过，侧部推进器或许能增强车辆在转弯时的性能。下压力会让轮胎承受更大负荷，这固然有益，但另一种方法则是让轮胎完全不必承担这种负荷。在转弯时从车辆侧面喷射空气，就能通过非轮胎途径产生侧向加速度，这样即便轮胎已达其所能提供的最大侧向加速度极限，推进器仍能提供额外的加速度。
（这款车还将配备线控转向系统，这应有助于驾驶员更轻松地转弯，在低速时只需较小的转向力即可完成急转弯。）
虽然这种提升看似微不足道，但侧向推进器或许能起到作用。这就引出了更重要的推进器——位于车尾的那些。
在推进器的辅助下实现1秒内从0加速到60英里/小时
随后特斯拉展示了利用车尾推进器进行的0-60英里/小时加速测试录像，车辆在1秒内就达到了60英里/小时的时速。
在活动的后期，特斯拉进行了现场演示，并声称在计时器出现一些技术问题后，车辆仍能在0.81秒内达到60英里/小时的时速。特斯拉后来表示，配备推进器、吸力装置以及“超过1兆瓦”功率系统的最高配版本能够在0.55秒内完成0-60英里/小时的加速。“Thrust”型号需要0.85秒，而“Performance”型号则要耗费漫长的1.6秒才能达到这一速度。
这里的冷气推进器再次发挥作用，车辆尾部设有四个喷口，能够向后喷射大量气体。这些推进器可产生80千牛顿的推力，这一数值用于衡量火箭动力，但难以直接换算为马力。
正如上文所述，当轮胎的推力已达到极限时，可以尝试通过其他方式获取动力。即便轮胎无法再施加更多推力，推进器仍能推动车辆前进，从而使车辆得以突破其他汽车所受的物理限制。
“风扇车”系统同样有助于提升前进加速度，对其他类型的横向加速度也有帮助。但真正赋予它强大动力的还是尾部的火箭，这让它能够在不到一秒的时间内达到60英里/小时的速度，而且似乎仅需行驶几辆车的距离即可实现。
重要的是，0.55秒的时间统计中包含了“车辆移动一英尺”的时间，只有当汽车至少移动了一英尺时计时器才会开始计数。
在这里，这一点可能比通常情况更为重要，因为从活动期间展示的慢动作视频可以看出，特斯拉在汽车开始移动之前很久就启动了推进器。
如果推进器需要一些时间来“蓄力”，那么它们在某些类型的加速任务中作用就会减弱——从而削弱了电动推进系统所具备的即时扭矩优势。希望特斯拉并没有只是发明出电动版的涡轮迟滞现象。
可移动尾翼
这款汽车配备了可调节的尾翼，这或许是它身上最“传统”的性能提升措施。
如今许多车辆都配备了此类尾翼，它们解决了传统尾翼存在的主要问题。
当人们谈论“阻力系数”或Cd这一常被用来描述电动汽车性能的指标时，大家都认同数值越低越好。如果汽车的阻力越小，其效率就越高，这意味着它可以用相同的能量行驶更远的距离。（横截面积也很重要——即使是一辆Cd值较低的大型汽车，由于体积更大，推动的空气量更多，其因阻力而损失的能量仍可能高于Cd值较低的小型汽车。）
但阻力有时也能带来性能优势。一级方程式赛车实际上具有极高的阻力系数——最高效的电动汽车的Cd值接近0.2，而一级方程式赛车的阻力系数则可能达到0.7甚至1.0或更高。
这是因为F1赛车实际上会利用所有这些空气来产生下压力。它们不会让空气顺畅地流过车身，而是主动将空气向上推，根据牛顿第三运动定律（作用力与反作用力大小相等、方向相反），这会迫使赛车向下，从而使轮胎能更有效地工作。
问题在于，当赛车直线行驶时，并不需要那么大的下压力。在最高速度下，这种下压力实际上会变成阻力，反而减慢车速。
因此，主动空气动力学解决了这个问题。如果你能在需要时升起扰流板将空气向下推，又在高速行驶时收起扰流板让空气顺畅通过，就能兼顾两者的优势——过弯时有更大的下压力，高速行驶时则阻力更小。
这一概念整体被称为“空气动力效率”。指在不增加额外阻力的情况下，通过某种方法所能产生的下压力大小。机翼虽能提供较大的下压力，但也会产生大量阻力——主动式机翼有助于消除这种阻力弊端。（回到上文提到的风扇汽车系统，它能在产生较大下压力的同时保持较低阻力。）
这还不是车辆上唯一的主动式机翼——前进气口内部还有一片隐藏的前置机翼，可用于引导车辆下方的空气流动；前轮后面的面板可以弹出（起到导流板的作用）；前引擎盖内则隐藏着一个通风口（位置与原版Roadster的冷却通风口类似）。这样，车辆前端就共有五个主动式气流控制表面，在这里控制空气流动比在车尾更为重要。
电池容量？
在2017年这款跑车首次亮相时，特斯拉称其续航里程可达600英里。这一消息引发了广泛关注，人们认为这是个了不起的成就，或者觉得这款车的续航里程远超市场上其他所有车型，简直不可思议。
但实际上续航里程数字并不重要。完全有可能制造出续航里程达1000英里的电动汽车，但问题在于这样的车性能会极差。你需要为电池占用过多空间，电池重量也会过大，成本极高，而且随着电池量的增加，为了移动这些电池还需要更多的能量，收益会逐渐递减。
600英里的续航里程对Roadster来说算是个坏消息。它之所以能拥有如此长的续航，主要是因为电动汽车电池需要在诸多因素之间取得精妙平衡——能量密度、功率密度、循环寿命、温度响应、充电速度等等。
当时特斯拉选择的电池化学体系能量密度较高，但功率密度相对较低。能量指的是电池中储存的电量，而功率则是指从电池中获取能量的速度。
因此，就像需要增加更多电池来提升车辆的能量储备一样，特斯拉也必须增加更多电池才能让车辆输出更高功率。如果特斯拉想让Roadster的马力达到1,000马力以上，就需要一个巨大的电池——这也就是“600英里续航”这一数据的由来。
目前有消息称，下一代跑车的新版本将配备更小的电池，特斯拉仅表示其续航里程“将超过300英里”。
我们不确定这是不是因为该车的动力比最初计划的要弱，还是特斯拉已经能够从电池单元中获取更多能量……但很可能两者皆有。
它很可能是依靠增程器及风扇辅助系统来弥补性能上的不足，从而达到特斯拉所承诺的惊人续航数据，并且意识到既然有其他方式推动车辆前进，那么巨大的电池就没那么必要了。
电池的位置也值得关注——在特斯拉的图片中，座椅位置看起来相当高，这表明电池位于车辆底部，与特斯拉其他大多数车型类似。（更新：电池确实位于底部，且为4680格式的电池单元）
这降低了重心，有助于车辆在转弯时保持稳定。但同时也意味着座椅位置较高，从而削弱了“运动感”。原版2008款跑车实际上将电池置于驾驶舱后方，使得车辆平衡感类似中置引擎汽车。即将推出的保时捷718 EV也采用类似的配置。
低位置的电池会让这款跑车在转弯时的表现更为中性，但可能不如尾部较重的车辆那样“有趣”。再加上其风扇冷却系统，驾驶感受可能会像在轨道上行驶——不过后轮驱动会让它具备真正的跑车特质。
特斯拉确实宣称其800-1000伏电池组在15%到80%的电量范围内仅需10分钟即可充满，这一速度比特斯拉的其他车型更快，与梅赛德斯AMG GT的水平相当。不过该公司并未透露电池的容量是多少。它指出该车在赛道上以最大功率行驶时充电时间约为25-30分钟，这一时长与常规赛道测试的时间差不多。
补充：进一步查看后发现，视频中“翻转”动作的几帧画面展示了车辆的底部结构。
这看起来并不像特斯拉通常那种因电池位于下方而较为平坦的底部结构。底部有大量部件悬垂会影响空气动力学性能，因此将电池置于电动汽车底部正是其优势之一。
这一情况也让我们想到另一种可能性：这辆车可能根本就没有电池。如果它的重量比普通量产车轻上1000磅，或许就能解释它在空中为何能如此快速移动……这也是为什么没人被允许靠近那些会翻转的汽车进行仔细检查的原因。我知道我一开始说过会认真对待这件事，但大家还是准备好阴谋论的思维吧。
最高时速：火箭发动机作用可能有限
特斯拉称该车的火箭版最高时速“超过”230英里/小时，但我们怀疑在如此高的速度下火箭发动机其实起不了多大作用。Thrust版本的最高时速为230英里/小时，而Performance版本的最高时速则为210英里/小时。
在低速行驶时，对于当今最强大的电动汽车而言，轮胎的抓地力是决定加速能力的限制因素；如果轮胎无法将动力传递到地面，增加功率也几乎起不到作用——而推进器则可以解决这一问题。但在高速行驶时，限制因素更多是克服空气阻力的所需马力，而空气阻力会随着速度的提高呈指数级上升。虽然高速行驶仍需要专用轮胎，但它们已不再是主要限制因素，空气阻力才是。
在我看来，高速行驶时推进器带来的优势似乎并不明显。你可以在达到最高速度后在直道末端使用后置推进器来提升几英里/小时的速度，但一旦燃料耗尽或需要刹车转弯，这些速度就会丧失。而如果在转弯时短暂使用推进器，就能提高出弯速度，这样在接下来的直道段仍能保持较高的速度——从而整体上带来更好的单圈成绩。
至于最高速度，特斯拉宣称Rocket版本能达到230英里/小时，却没有给出其他版本的最高速度数据，这可能是由于其他因素造成的，因为我怀疑推进器对最高速度的影响其实并不大。
也许Rocket版本更轻是因为去掉了第二排座椅（不过由于增加了燃料箱以及无用的向下喷射推进器，又损失了一部分减重效果）；又或许它配备了性能更强的轮胎或更为宽松的软件控制机制；又或者它使用的电池与其他型号不同或容量更大。我们目前还不得而知，但希望尽快获得更多信息。
（在演示过程中，马斯克还思考过这款车是否应该能达到至少半倍音速，这一想法似乎让他的共同演示者——设计师弗朗茨·冯·霍尔兹豪森和工程师拉尔斯·莫拉维感到惊讶——在海平面上这大约相当于380英里/小时，但考虑到目前的纪录是带星号的308.34英里/小时，这一目标似乎不太可能实现。）
这些推进器实际应用价值如何？
另一家中国扫地机器人制造商Dreame也曾提出在电动超级跑车上使用推进器，但打算采用固体火箭助推器而非冷气推进器。后者是一次性使用的，每次都需要重新充能。这样的系统能够产生10万牛顿的推力，使车辆在0.9秒内从静止加速到60英里/小时，不过Dreame最终取消了该项目，这其实也在意料之中。
冷气推进器显然是个更好的选择，因为它无需每次都用固体火箭燃料重新充能。
不过它仍需要向储气罐注入加压气体，目前这一过程需要六到七小时，尽管特斯拉认为可以将时间缩短至30分钟。这意味着该系统只能用于一次绕圈行驶——或者仅能在几个弯道中使用，因为据我们了解，该推进器系统在全功率状态下只能运行几秒钟。
特斯拉似乎认为这样就能创造赛道纪录，但使用风扇驱动汽车系统似乎已经可以实现这一目标。麦克默特里用其Speirling车型正在创造赛道纪录，而那辆车并没有在尾部或侧面安装推进器。（尽管全轮驱动可能更有利于打破纪录，但Roadster和Speirling都是后轮驱动。）
最后，除了在封闭赛道上，这些车真的能在其他地方使用吗？在今天的演示中，观众距离车辆有数百米远，这对于首次展示能够做出后空翻的汽车来说已经是相当安全的距离了。
但令人担忧的不仅仅是后空翻本身。车辆在加速或转弯时从尾部喷出的废气量非常大，能扩散数十米远。
显然，这种设计并不适合在公共道路上使用，因为路面上的碎屑可能会飞溅到其他车辆、行人或其他物体上。特斯拉称“Rocket”版本仅限受邀者使用，“未被批准用于公共道路”。不过，尽管它配备了后部推进器，可能会造成严重损害，但“Thrust”版本的相关描述中却只字未提。
即便在封闭赛道上，也不希望轮胎碎屑飞溅到赛道旁的人群中，或是撞倒赛道维护人员、制动装置，更不用说把那些靠得太近的松鼠的毛发全部吹掉了。这样做实在不切实际。
见鬼，人类真的能用这些系统吗？在演示时车上根本没人。那些在空中的动作快得惊人，远远超过人们对数千磅重的物体在空气中移动速度的预期。
空中显示的加速度之快，至少会让普通人感到眩晕。这是战斗机飞行员需要经过多年训练才能做到的事情。而我们却打算让人们购买配备火箭模式的汽车并自行操作，哪怕这还是个“仅限受邀者”的产品？在哪儿操作？怎么操作？如果他们出现健康问题怎么办？汽车是否会配备G力防护服，防止人们在操作飞行模式时昏厥？发生碰撞时，那些压缩空气又会怎样？
总而言之，既然我们现在对这款车的推力系统性能有了更多了解，我认为“Performance”型号会是目前公布的版本中最好的选择。尽管它的加速度数据看似较低，最高时速也更低（可能是受软件限制），但由于没有将大型推力罐安装在车辆高处，因此能减轻重量。那个推力罐对缩短单圈时间并无帮助，因为只能提供几秒钟的推力，之后又得拖着大量金属部件和管道继续行驶。而吸力系统在缩短单圈时间方面效果会好得多，而且“Performance”型号就配备了这一功能。
不过，实用性这个问题其实已经不太重要了。从今天发布会中多次提及SpaceX可以看出，特斯拉近期发布产品的一个主要动机显然是推动SpaceX与特斯拉的合并，这样马斯克就能在不真正达成既定目标的情况下获得更多权力和资金。
此外，我们还看到了一款从未真正投入公开销售的产品曝光，它存在的目的只是为了在合并之前制造噱头……因此我们不必相信“2028年真正上市”这一承诺。
好了……以上就是关于这款车所展示的各类功能、它们存在的理由以及实际应用价值的简要介绍。如果您有任何疑问，或者发现了其他有趣之处，又或者想对我们目前所了解的这款车的技术性能发表看法，请在下方评论中留下您的意见。