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未来交通工具指南

2018-02-01吕亚飞

科学大众(中学) 2018年1期
关键词:旋翼星系仙女

吕亚飞

暮色时分,饥肠辘辘的你是不是又被堵在回家的路上了?寒暑假,和朋友出去玩时,经常会遭遇车票、机票一票难求?高峰期火车、飞机运力不足,交通堵塞是世界性难题,大多数城市都有这一顽疾。为此,各国政府一方面在优化交通规划,另一方面一些科学家则寄希望于更先进的科学技术来解决这一问题。

汽车带你飞

也许大家在科幻电影中看到过可以随时腾空而起的飞行汽车,但从没有想到这些幻想中的技术有一天会来到真实世界。汽车发明距今已100多年,第一架飞机也有了百年历史,在长达一个世纪的时间里,人类一直试着将它们融合在一起。

其实早在上世纪40年代,就已经有了飞行汽车的雏形和一些试验产品。怎么让汽车飞起来呢?几十年来科学家的理念基本都没改变过:给车身提供一个升力,将其带离地面。实现的方法很多,最早的飞行汽车是给汽车车身加装固定翼飞机,可谓是简单粗暴。

飞行汽车的设计最终在1946年成为了现实,这部“四不像”的交通工具下半部分是一辆货真价实的汽车,如果需要起飞,则需要手动在汽车上“缝上”一台巨大的机翼。车身由玻璃纤维制成,车头装有一台18千瓦马力的发动机作为汽车的驱动单元;机翼部分则有单独的发动机,最大功率140千瓦。这辆汽车定价1 500美元,计划生产16万辆。可惜在1948年,这辆飞行汽车在试飞中坠毁,项目也被迫停止。

此后的几十年里,工程师和发明家从未放弃让汽车飞起来的梦想,但理念基本还是老一套,有的将汽车和固定翼飞机“缝”起来,有的给汽车加装了可折叠的翅膀,还有的直接给汽车装上了旋翼。无论是哪一种汽车,都没有达到在市场大规模推行的地步。

如今城市交通拥堵的问题日益加重,飞行汽车再一次被提到了前排。可是之前设计的飞行汽车基本都需要一定的跑道才能起飞;或者装上了直升机的旋翼,起飞动静太大,造价也不低。随着材料学和机械制造业的飞速发展,工程师们想到了一个办法,既能让汽车原地腾空而起,又不会带来太大的声响。最近俄罗斯公司Hoversurf推出飞行汽车,这款汽车名为Formula Project,为5座可升降空中出租车,装有52个微型涡轮推进器,可同直升机一样升入空中,不大的机翼可以轻松折叠,关键是噪音也不会太大。但这驾飞机有个严重的问题——没有车轮,可谓名副其实的“飞的”了。

在2017年的日内瓦车展上,飞机制造商波音公司也来插了一脚,带来了全新的设计理念——Pop.Up概念车。Pop. Up使用模块化理念,两人份的乘员舱是主体,安装4个车轮或是4个旋翼,需要到专门的换装站点去“换装”——要在路上跑,就带着四车轮,要上天的话就带着四旋翼。听起来似乎很不错,但究竟什么时候普通人也能开上飞行汽车,这还需要时间。

背上“行囊”飞起来

在交通堵塞的时候,我们从公交车里挤下来,或者把车停到就近的停车场,拿出飞行背包,轻松回家。这就跟科幻电影《钢铁侠》中的主人公一样炫酷,借助科技装备随心所欲地飞行。这不是科幻,事实上飞行背包这东西早就有了,美国于 20世纪中期就开始着手研制用于军事目的的火箭背包式单兵飞行器——贝尔航空公司工程师摩尔在1960年就发明了第一个火箭背包,花掉25万美元。第一位穿戴此火箭背包的是哈罗德·格雷汉姆,在1961年4月20日穿着这玩意儿13秒飞行了34米的距离。

飛行背包的原理并不复杂:火箭背包动力原理是反冲运动,依靠燃气氢与氧间的剧烈化学反应产生高温高压气体,再将这些气体喷射出来。火箭背包优点是使用时绑在人的背部,在短距离内做快速而安全的飞行和垂直降落。

最新的一款飞行背包是由马丁飞行器公司研制生产的马丁包。定型的马丁飞行喷射包载重为120千克,由200马力的汽油发动机提供动力,装满汽油时可在海拔1 000米高空以74千米的时速飞行30分钟。它的外框架由碳纤维构成,飞行员身体两侧有操纵杆,由双导管风扇提供升力。沙漠土豪城市迪拜已经预订了30架次,准备做消防训练之用。

飞行背包之所以没有大范围推广,主要原因在于空中交通管制和不容易驾驶;另一个原因则是不能满足长时间飞行,携带的燃料或者电池有限,这也是限制飞行背包发展的一个瓶颈。不过也许在不远的将来,科学家会解决这一问题,你我会在空中打着招呼。

直接“穿越”

假如在更遥远的未来,我们想去探望身在仙女星系的朋友。应该选用什么交通工具呢?我们距离仙女星系大约为251万光年,1光年将近是10万亿千米,人类飞船的最快速度是第三宇宙速度,约为 16千米/秒。按照这个速度,飞行1小时是57 600千米,1天是1 382 400千米,1年就是504 576 000千米,照这个速度需要2万年才能走完1光年,251万光年需要502亿年才能走完,可是宇宙的历史不过130多亿年。以现在人类的科技水平,当我们飞到仙女星系,真的要走到地老天荒了。

科学家和科幻小说家设想了一种简单的旅行方法——虫洞旅行。虫洞旅行这个理论说起来很复杂,举个简单易懂的例子。动画片《哆啦A梦》中有一个道具——任意门,拿出来这个门,打开之后就能到达你想要到达的地方。虫洞就是星际版的任意门。我们知道一个平面上两点之间直线最短,而在时空中,最短的距离则是将空间折叠弯曲,取得最短的距离。例如,我们在一张纸上标明两个点A和B,在这纸上A和B的直线是最短距离;下面我们将纸张折叠,使得AB两点重合,现在AB两点之间只隔了一张纸的厚度。虫洞弯曲的是更大范围的空间,如此一来我们到达仙女星系速度就快得多了,更别说跨越半个地球。

所谓条条大道通罗马,科技让我们的生活变得更美好,让人们出行更加便捷。努力学习、工作,或许明天新的交通工具就是你发明的!endprint

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