北京
中青报·中青网记者 张渺
当火箭的姿态控制技术装到一辆跑车上，会发生什么？
北京时间10月16日，特斯拉的新一代纯电动跑车在直播中完成了一次表演：车底朝上腾空而起，在空中转体翻滚，再翻正车身落地，像超级英雄一样。
用特斯拉创始人兼首席执行官马斯克的话说，就是要让大家感受到"最伟大的汽车公司和最伟大的航天发射公司的技术结合"。
到底是什么样的技术，能让一辆汽车翻着跟头飞起来，还能正着落地？
在北京航空航天大学宇航学院副院长师鹏看来，原理并不复杂，只需要"给它施加一个力矩"：在物体左侧或右侧施加一个力，让它绕中心轴翻转半圈；转过去之后，再施加一个反向力矩，让它停止旋转；最后向下喷气，减小落地速度。他说，基础原理"大家可能在高中物理课就学过"。
师鹏长期从事航天动力学与控制、航天器轨道与姿态动力学与控制、新概念航天器设计等方向的研究。他告诉中青报·中青网记者，让汽车"翻跟头"的技术，在航天领域其实已是"比较成熟的技术"，20世纪就已广泛应用于卫星和火箭。
师鹏介绍："我国东方红一号是自旋稳定式的，后来开始做三轴稳定卫星。三轴稳定的卫星，能够通过姿态控制系统实现姿态的稳定与调整。火箭在上升段，也要对自己的姿态进行控制。"
类似的姿态控制思路，也曾出现在手机主动防摔的专利设计中——通过微型喷气装置调整手机跌落时的姿态。
师鹏感慨："这次之所以让大家这么震撼，是因为在此之前，没有人在汽车上应用过这项技术。把航天领域的技术搬到汽车领域，这或许展示了马斯克对汽车未来发展方向的思考。"
据了解，特斯拉这次的"飞车"并非电动垂直起降飞行器（eVTOL），而是采用航天冷气推进与底盘风扇吸附；其冷气推进系统，由特斯拉与马斯克旗下的太空探索技术公司（SpaceX）联合开发。
中国科学院力学研究所高级工程师贺建武是中国科学院"SY-01"卫星冷气微推进系统技术负责人，攻克了微牛级冷气微推进系统的低噪声、快响应调控技术，并实现了航天工程应用。
他告诉中青报·中青网记者，冷气推进是一种"不燃烧"的火箭类推进技术：高压储存的气体经拉瓦尔喷管加速喷出，气体的内能转化为动能，从而产生反向推力，全程不发生化学反应。
"宇航员在空间站外太空行走时使用的机动背包，同样采用高压氮气冷气推进系统。它喷出的是无毒的常温氮气，没有高温尾焰，不会烧坏航天服、空间站外壁，对人和设备都比较安全。"贺建武说。
他也关注了这次特斯拉的公开展示。据公开信息，这款"飞车"自带2个碳纤维气瓶，总容积600升，可充装氮气约250公斤；配有10个冷气推进器，用于实现悬浮、姿态控制与加速等功能，系统总推力接近9万牛，理论上足以让约9吨的物体克服重力，远大于该车自重。若汽车质量为1.7吨，仅需约1.7万牛的推力即可悬停。
但推力够，不等于能一直飞。贺建武解释，冷气推进最大的劣势是喷气速度较低，远低于化学推进；将1.7吨的汽车悬停，250公斤氮气仅能维持10秒左右，改用高压空气，时间也基本相当。而且，随着气瓶压力下降，推力还会逐渐衰减。
"现场的倒挂、跳跃和翻滚，更接近短时姿态控制与脉冲式机动，不是持续飞行。"贺建武说。
特斯拉这次公开展示，也让不少网友讨论起"飞车"的应用场景。师鹏和同行们关注的则是另一个问题。他提到，航天专业的老师们之间也讨论过："网友的关注点是好奇这个车怎么翻过来的，我们好奇的是这个车翻过来了，会有哪些用处？"
在师鹏看来，飞车表演"确实看起来很精彩"，但目前还没有具体的应用方向。这次展示的"飞车"能耗极大，车企必须"考虑费效比"。如果目标是实现持续、实用的空中交通，eVTOL在能耗、续航等方面预计更具优势。
"日常开车是否需要这样大幅度的姿态翻转？它的需求端到底是什么样的？未来到底有哪些应用场景？从目前来看，还没有很清晰的概念。"师鹏说。
贺建武所在的团队也在重新打量这项技术。他提到，装有冷气推进器的特斯拉汽车让大家"开拓了思路"。
"后续我们将围绕大推力冷气推进的喷管效率、系统轻量化和动态控制等开展研究，重点评估其在地外星球表面实现飞行器短时悬停、姿态纠偏和辅助控制等场景中的可行性。"他说。
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