Khi nào Chít Chít Bang Bang được phát hành 50 năm trước, những chiếc ô tô bay là một chuyến bay lạ mắt. Bây giờ, những chiếc xe tương lai này đang đi vào rìa bên ngoài của thực tế. Theo một nghiên cứu mới được công bố trong Thiên nhiên, đối với một số hành trình, ô tô bay cuối cùng có thể xanh hơn cả ô tô đường điện, cắt giảm khí thải đồng thời giảm lưu lượng giao thông trên những con đường ngày càng bận rộn.
Tuy nhiên, lỗ hổng trong công nghệ cần thiết và sự không chắc chắn thực tế ngoài xe hơi Vật lý hứa hẹn có nghĩa là chúng có thể không đến kịp để trở thành một giải pháp quy mô lớn cho cuộc khủng hoảng năng lượng và tắc nghẽn – nếu có.
Làm thế nào để làm cho một chiếc xe bay
Thoạt nhìn có vẻ điên rồ rằng một chiếc ô tô bay có thể hiệu quả hơn một chiếc xe chạy trên đường, đặc biệt là khi những chiếc máy bay thông thường có tiếng như những người lái xăng. Nhưng bay isn mệnh vốn không hiệu quả – xét cho cùng, chim có thể bay giữa các lục địa mà không cần ăn. Tất nhiên, một chiếc xe nhỏ, bốn hành khách không phải là một con hải âu, nhưng nó cũng không phải là một chiếc Boeing 737.
Có nhiều cách để làm cho một chiếc xe bay, nhưng hầu hết là quá khó khăn để lên khỏi mặt đất. Có lẽ lựa chọn hứa hẹn nhất là được thực hiện trong nghiên cứu này, dựa trên cơ sở vật lý của máy bay cất cánh và hạ cánh thẳng đứng (VTOL). Chúng là những con thú khá tuyệt vời.
Nếu bạn nghe nói về VTOL, một cái gì đó giống như Harrier Jump Jet có thể xuất hiện trong tâm trí, với hai động cơ khổng lồ điều khiển lực đẩy có thể nghiêng theo chiều dọc hoặc chiều ngang. Nhưng những chiếc xe bay nhỏ hơn và nhẹ hơn này hoạt động khác nhau, với rất nhiều quạt điện nhỏ thổi khí từ nhiều nơi. Công nghệ đẩy điện phân tán (DEP) phát triển nhanh này là chìa khóa cho hiệu quả khi bay, và nó cũng tạo ra khả năng cất cánh và bay lượn yên tĩnh hơn, vì nhiều nguồn tiếng ồn nhỏ có thể được quản lý tốt hơn.
Thiết kế cánh và cánh quạt cũng có thể được tối ưu hóa để dài, mỏng và có nhiều bề mặt chuyển động, giống như chim làm để bay hiệu quả. Mục đích của tất cả các cải tiến kỹ thuật này là để đạt được lực nâng tối đa cho lực kéo tối thiểu – lực chống lại chuyển động của vật thể trong không khí và làm chậm nó. Tỷ lệ nâng-kéo tốt hơn có nghĩa là tiêu thụ điện năng thấp hơn, và do đó lượng khí thải thấp hơn.
Những đổi mới tiết kiệm năng lượng này khiến cho việc đi tàu trở nên dễ dàng – nhưng chúng không giúp ích gì nhiều cho việc cất cánh, bay lượn hoặc hạ cánh, vốn vẫn không hiệu quả. Vì vậy, trong khi các phương tiện bay VTOL vẫn khả thi cho chuyến đi nội thành ngắn và giao bánh pizza, họ sẽ không giải quyết được cuộc khủng hoảng năng lượng.
Đối với hành trình 100km, phương tiện bay điện có thể hiệu quả hơn 35% so với xe chạy bằng xăng – mặc dù, giả sử cùng số lượng hành khách, vẫn kém hiệu quả hơn so với xe điện. Tuy nhiên, thật công bằng khi cho rằng ô tô bay sẽ phục vụ chủ yếu như các dịch vụ taxi trong các hành lang hàng không được xác định trước, và do đó có khả năng sẽ liên tục chở nhiều người hơn. Nếu tính đến điều này, đối với hành trình 100 km, lượng khí thải ô tô bay có thể thấp hơn 6% so với xe điện.
Khi khoảng cách hành trình tăng lên, hiệu suất cũng tăng so với những chiếc xe chạy trên đường dừng, phải đối phó với lực cản lăn và luồng không khí kém hiệu quả hơn. Nhưng thật không may, phạm vi là gót chân Achilles cho hàng không điện. Các học nhìn vào phạm vi lên tới khoảng 200km và ở đây những chiếc ô tô bay có thể hoạt động tốt. Nhưng trong khi các máy bay sử dụng nhiên liệu phản lực có thể giảm tới 70% trọng lượng trong suốt chuyến bay (mặc dù với chi phí 100kg CO₂ mỗi hành khách mỗi giờ), pin don don sẽ nhẹ hơn khi chúng xả. Điều này có nghĩa là ngoài 200km hoặc lâu hơn, mang theo pin trở thành một bất lợi rõ rệt.
Quan điểm được chấp nhận là máy bay điện sẽ chỉ khả thi đối với các chuyến bay ngắn. Mật độ năng lượng của nó rất quan trọng, được đo bằng watt-giờ trên mỗi kg. Ngay bây giờ, pin tốt nhất cung cấp khoảng 250 W-h / kg, chỉ là một bóng của nhiên liệu máy bay và xăng 12.000 W-h / kg. Pin có thể leo lên đến 800 W-h / kg vào giữa thế kỷ này, tăng phạm vi khả thi của họ đến 700 dặm – một nửa trong số tất cả các chuyến bay quốc tế nằm trong khoảng cách này. Nhưng nếu không có sự đổi mới mạnh mẽ hơn trong công nghệ pin, nhiên liệu sinh học và nhiên liệu lỏng từ việc thu khí CO có thể sẽ cần phải đóng một vai trò đáng kể trong du lịch đường dài.
Vấn đề trong thực tế
Khi tập trung hoàn toàn vào vật lý của ô tô bay, tờ báo đã chỉ ra một số thực tiễn cần phải xem xét trước khi chúng ta nắm lấy ô tô bay VTOL như một hình thức vận chuyển bền vững cho tương lai. Ví dụ, điều quan trọng là phải xem xét các chi phí carbon của sản xuất, bảo trì và thời gian xuống, được gọi là Phân tích Vòng đời (LCA). Xe điện đã bị chỉ trích vì cả chi phí năng lượng và môi trường khi khai thác các vật liệu chính cho pin, chẳng hạn như lithium và coban. Cơ sở hạ tầng bổ sung cần thiết cho chuyến bay có thể làm trầm trọng thêm vấn đề cho ô tô bay. Và tất nhiên, một mạng lưới được cung cấp bởi các nguồn carbon thấp là điều cần thiết để làm cho các phương tiện chạy bằng pin trở thành một phần của giải pháp cho cuộc khủng hoảng khí hậu của chúng ta.
Máy bay cũng có các tiêu chí rất nghiêm ngặt về bảo trì và thời gian chết, thường có thể bù đắp lợi nhuận trong hiệu suất và khí thải. Là một loại máy bay hoàn toàn mới, nó không thể dự đoán được chi phí bao nhiêu để giữ cho chúng không khí xứng đáng. Các biến chứng bảo trì không lường trước có thể tốn hàng tỷ đồng – chỉ cần hỏi Máy bay phản lực.
Cuối cùng, vấn đề thời tiết. Một cơn gió đuôi 35mph làm giảm mức sử dụng năng lượng và lượng khí thải 15%, nhưng một luồng gió 35mph làm tăng chúng thêm 25%. Phải mang theo pin dự phòng nặng để tránh thảm họa tiềm tàng là hết pin trước khi gặp nơi hạ cánh phù hợp có thể bù lại tiết kiệm khí thải. Ngược lại, xe ô tô có thể dễ dàng tấp vào lề đường khi cần, không có hậu quả.
Vì vậy, khi nói đến mức phát thải CO₂ trên mỗi km hành khách, hiện tại những chiếc ô tô bay DEP tiên tiến này có thể so sánh tốt nhất với các loại tương đương điện trên đường của họ, và, tệ nhất, tốt hơn một chút so với ô tô đốt thông thường. Với những cải tiến về công nghệ và an toàn, họ vẫn chưa thể tham gia vào tương lai không có nhiên liệu hóa thạch của chúng ta, đưa những chiếc máy bay ngắn ra khỏi bầu trời của chúng ta và giải phóng những con đường đầy khói. Câu hỏi đặt ra trên môi của mọi người là liệu những chiếc xe bay này có sẵn sàng kịp thời để tạo ra sự khác biệt cho cuộc khủng hoảng năng lượng rất cấp bách của chúng ta hay không. Chúng ta có thể đợi 30 năm không?
Bài viết này được tái bản từ Cuộc hội thoại bởi Săn Hunt, Người đọc trong Kỹ thuật Động lực và Rung, đại học Cambridge theo giấy phép Creative Commons. Đọc bài báo gốc.
Hội nghị TNW 2019 sắp diễn ra! Kiểm tra vị trí mới tuyệt vời của chúng tôi, một loạt các diễn giả và hoạt động truyền cảm hứng, và làm thế nào để trở thành một phần của vận may công nghệ hàng năm này bằng cách nhấp vào đây.
Nguồn The Next Web