Илон Маск обещает летающий автомобиль к 2028 году. Эту сказку нам слово в слово рассказывали в 1957-м

На испытательном полигоне компании SpaceX в городе Макгрегор, штат Техас, состоялась закрытая презентация новой версии спортивного автомобиля Tesla Roadster. Во время показа машина заехала на трамплин, оторвалась от земли, перевернулась в воздухе днищем вверх, затем выровнялась в горизонтальное положение и опустилась на колеса. После этого автомобиль выполнил еще один прыжок, перелетев через ряд стоящих электромобилей.

Руководитель компании Илон Маск заявил собравшимся зрителям, что продемонстрированный образец — это результат совместной работы инженеров Tesla и SpaceX. По его словам, серийное производство такой машины начнется в 2028 году, а разгон до 100 километров в час займет меньше одной секунды. Чтобы подчеркнуть подлинность происходящего, Маск отдельно отметил, что в трансляции не использовалась компьютерная графика.

Обещание выпустить летающий автомобиль для частных владельцев вызвало интерес публики, но вызвало серьезные вопросы у технических специалистов. Идея персонального летающего транспорта существует больше семидесяти лет. Каждый раз создатели таких машин обещали наладить серийный выпуск в течение нескольких лет, но ни один проект так и не стал частью повседневной жизни.

Чтобы понять, сможет ли Tesla выполнить свое обещание к 2028 году, нужно разобрать реальное устройство этой машины, опыт прошлых десятилетий и объективные правила, по которым живут автомобильная и авиационная отрасли.

Как устроен механизм: физика сжатого воздуха

Первое, что необходимо прояснить: показанный автомобиль не летает в прямом смысле этого слова. У него нет крыльев, чтобы создавать подъемную силу при движении вперед, и нет несущих винтов, как у вертолета, чтобы удерживать себя в воздухе постоянным потоком нагнетаемого воздуха.

Конструкция Tesla использует систему маневровых сопел, работающих на сжатом газе. Эту технологию инженеры взяли из космической отрасли. На ракетах Falcon 9 похожие сопла установлены в верхней части корпуса. Они выбрасывают небольшие порции газа, чтобы разворачивать ступень ракеты в правильное положение перед посадкой.

В автомобиле Tesla Roadster установлено десять таких сопел в разных точках кузова. Они подключены к баллонам, где газ хранится под очень высоким давлением. Процесс работы этой системы выглядит следующим образом:

1. Специальные клапаны открываются по команде бортового компьютера на доли секунды.
2. Сжатый воздух под огромным давлением вырывается наружу через узкие металлические отверстия (сопла).
3. По закону действия и противодействия выходящий воздух толкает кузов автомобиля в противоположную сторону.
4. Если направить струю вниз, машина поднимется вверх или смягчит удар при падении. Если направить струю назад, машина быстрее наберет скорость вперед. Если открывать боковые сопла по отдельности, можно поворачивать автомобиль в воздухе вокруг своей оси.

Именно это зрители увидели на презентации: машина не летела, она совершила прыжок за счет разгона по наклонной плоскости, а струи воздуха помогли ей перевернуться в воздухе и плавно опуститься на землю.

Главное ограничение этой системы — запас энергии. Газ в баллонах расходуется очень быстро. Сжатый воздух не вырабатывает энергию сам, как бензин в двигателе или литиевая батарея. Он только отдает ту силу, которую в него закачали заранее. Нескольких баллонов хватает всего на два-три коротких импульса длительностью по паре секунд. После этого запас давления полностью заканчивается.

Чтобы машина могла повторить маневр, баллоны нужно снова наполнить воздухом под огромным давлением. Для этого требуется мощный компрессор. Если установить такой компрессор прямо в машину, он займет все свободное место в багажнике и добавит автомобилю несколько сотен килограммов лишнего веса. Кроме того, накачка баллонов займет много времени. Если же заправлять баллоны на специальных станциях, машина потеряет возможность использовать сопла в любой момент поездки.

Таким образом, на полигоне была показана система для коротких трюков, а не транспортное средство для перемещения по воздуху из одной точки в другую.

Опыт 1950-х годов: проекты Стэнли Хиллера

Нынешняя ситуация с обещаниями Tesla повторяет события середины прошлого века. В 1950-х годах в США происходил подъем авиационной промышленности, и инженеры искренне верили, что личный летающий транспорт заменит обычные машины на дорогах.

Одним из главных сторонников этой идеи был американский конструктор Стэнли Хиллер-младший. Он был талантливым инженером: свой первый рабочий вертолет он построил в возрасте пятнадцати лет, а в годы Второй мировой войны его разработками пользовались военные ведомства. В послевоенное время Хиллер решил создать летательный аппарат, доступный любому гражданину.

В феврале 1951 года журнал Popular Mechanics подробно описал испытания небольшого двухместного аппарата под названием Hiller Hornet. Это был предельно компактный винтокрылый транспорт. Он занимал на земле не больше места, чем легковой автомобиль, мог садиться на обычную лужайку перед домом и стоил менее пяти тысяч долларов (около семидесяти тысяч долларов по современному курсу). Хиллер утверждал, что машина поступит в открытую продажу уже через месяц. Однако началась Корейская война, завод перевели на военные заказы, и гражданская версия аппарата так и не появилась на рынке.

В июле 1957 года тот же журнал Popular Mechanics опубликовал большую статью о новом проекте Хиллера — летающем седане Aerial Sedan. На обложке журнала было прямо указано: это ваш личный летающий автомобиль для 1967 года. Автор статьи уверял читателей, что через десять лет каждый желающий сможет заказать себе такую машину в четырехдверном варианте, в спортивном кузове или в виде легкого грузового пикапа.

Конструкция Хиллера была ближе к настоящему полету, чем современная разработка Tesla. Внутри корпуса машины находились четыре больших вентилятора, закрытых металлическими кожухами. Они постоянно гнали воздух вниз, создавая постоянную подъемную силу. В теории машина могла висеть в воздухе столько времени, на сколько хватало топлива в баке.

Но проект закрылся. Главной причиной стало прекращение государственного финансирования. В 1950-х годах армия США искала легкий транспорт для разведки и выделила деньги нескольким компаниям на создание прототипов летающих джипов. Когда военные провели всесторонние испытания этих машин в полевых условиях, выяснилось следующее:

• вентиляторные платформы потребляли слишком много топлива и не могли летать на большие расстояния;
• аппараты с трудом удерживали равновесие при боковом ветре;
• поднимаемая вентиляторами пыль, песок и мелкие камни летели во все стороны, повреждая механизмы и мешая обзору;
• шум от работы моторов на предельной мощности делал невозможным использование таких машин рядом с людьми.

Военные признали идею непрактичной и закрыли программу. Лишившись государственных заказов, компания Хиллера не смогла продавать такие аппараты частным лицам. Покупать и обслуживать сложную винтокрылую технику для повседневных поездок оказалось невыгодно и опасно. Хиллер переключился на выпуск стандартных вертолетов, а идея массового летающего автомобиля осталась на бумаге.

После этого другие конструкторы неоднократно пытались вернуться к этой теме. Например, в 1994 году публике показывали летающий автомобиль Aircar инженера Кеннета Вернике. Но судьба всех подобных проектов оказалась одинаковой: успешные испытания одного или двух опытных образцов и последующий отказ от запуска в производство.

Неразрешимый спор между прочностью и массой

Главная техническая проблема, из-за которой летающий автомобиль до сих пор не появился в автосалонах, заключается в несовместимости правил безопасности для дорог и для воздуха.

Обычный современный автомобиль сделан тяжелым ради безопасности людей. Когда инженеры проектируют дорожную машину, они обязаны соблюдать жесткие законы:

• в дверях должны стоять прочные стальные балки, защищающие пассажиров при боковом ударе;
• передняя и задняя части машины должны иметь специальные сминаемые зоны, которые гасят энергию столкновения;
• стойки крыши должны выдерживать вес автомобиля при опрокидывании;
• салон должен быть оснащен многочисленными подушками безопасности, датчиками и проводкой;
• на электромобилях устанавливается тяговая батарея, масса которой сама по себе составляет от пятисот до семисот килограммов.

Из-за всех этих обязательных элементов современный безопасный автомобиль весит от двух до двух с половиной тонн.

В авиации действуют прямо противоположные законы. Главная задача авиаконструктора — сделать конструкцию как можно более легкой. Каждый лишний килограмм веса требует дополнительной мощности двигателей, увеличивает расход энергии и сокращает дальность перемещения. Поэтому самолеты и вертолеты делают из тонких алюминиевых листов, углепластика и легких сплавов.

Если взять дорожный автомобиль весом в две тонны и попытаться поднять его в воздух, ему потребуется колоссальная мощность. Чтобы дать ему эту мощность, придется поставить более тяжелые двигатели и более емкие аккумуляторы, что сделает машину еще тяжелее.

Если же пойти обратным путем и облегчить конструкцию автомобиля до стандартов авиации, убрав массивные стальные усилители и сминаемые зоны, машина не сможет пройти обязательные дорожные краш-тесты. Государственные органы просто запретят выезжать на ней на обычные улицы, потому что любая рядовая авария на перекрестке станет смертельной для водителя.

Современные материалы не позволяют разрешить это противоречие. Не существует доступного и дешевого способа сделать корпус машины одновременно сверхлегким для стабильного полета и предельно ударопрочным для дорожных столкновений.

Проблема шума, повреждений и человеческих ошибок

Помимо веса и запаса энергии, существуют практические факторы, которые делают использование реактивной системы Tesla невозможным в реальном городе.

Первый фактор — это громкость звука и безопасность окружающих людей. Когда воздух под давлением в несколько сотен атмосфер выходит через сопла, происходит резкое падение давления, сопровождающееся звуком высокой мощности. На презентации этот звук был заглушен музыкой и криками толпы, но в обычных условиях такой выброс создает уровень шума, опасный для органов слуха людей, находящихся рядом.

Кроме того, струя воздуха, выходящая из сопла под огромным давлением, действует на близлежащие объекты с большой силой. Если такой автомобиль попытается применить сопла на обычной улице, поток воздуха разобьет стекла стоящих рядом машин, сорвет дорожные знаки или нанесет тяжелые травмы пешеходам на тротуаре.

Второй фактор — управление и надежность. На земле водитель контролирует движение вперед, назад, вправо и влево. Это двухмерная плоскость движения. В воздухе появляется третье направление — вверх и вниз. Управлять машиной в трех измерениях значительно сложнее.

Люди ежедневно совершают ошибки на обычных дорогах. Водители отвлекаются на мобильные телефоны, нарушают скоростной режим, путают педали газа и тормоза на парковках. Результатом становятся поврежденные бамперы, помятые крылья и разбитые фары.

Если перенести этот транспорт в воздух, последствия любой ошибки меняются коренным образом:

1. На дороге в случае внезапной поломки мотора, прокола колеса или сбоя электроники водитель просто нажимает на педаль тормоза и останавливается у края проезжей части.
2. В воздухе возможности остановиться нет. При отказе хотя бы одного из десяти воздушных сопел или утечке давления из баллона машина потеряет равновесие и упадет вниз на крыши жилых домов, линии электропередач или пешеходные зоны.
3. Человек не способен среагировать на отказ сопла за сотые доли секунды. Всю работу должна выполнять автоматика, но современные компьютерные системы управления автомобилями пока не доказали абсолютную безотказность даже на ровном асфальте.

Законодательство и правила сертификации

Даже если представить, что инженеры решили проблемы с весом, запасом воздуха и шумом, на пути серийного выпуска встанет государственное регулирование.

В любой развитой стране продажа транспортного средства требует получения сотен сертификатов. Автомобиль должен соответствовать требованиям транспортных ведомств (например, NHTSA в США), а летательный аппарат — требованиям авиационных регуляторов (таких как FAA).

Авиационные правила требуют, чтобы каждый летательный аппарат проходил регулярное техническое обслуживание сертифицированными механиками после определенного количества часов работы. Каждая деталь имеет строгий срок службы, после которого ее обязательно меняют, даже если она выглядит исправной. Водитель такого аппарата обязан иметь лицензию пилота, регулярно проходить медицинские комиссии и подтверждать летные часы.

Автомобильные правила строятся на доступности: любой человек, сдавший базовый экзамен, получает права и может годами не заглядывать под капот машины, пока на панели приборов не загорится предупреждающий сигнал.

Совместить эти две системы в одном потребительском продукте невозможно по закону:

• Ни одно авиационное ведомство не разрешит аппарату под управлением обычного водителя подниматься в воздух над городской застройкой без диспетчерского контроля.
• Ни одно дорожное ведомство не выдаст разрешение на эксплуатацию автомобиля, несущего в своей конструкции баллоны экстремально высокого давления, которые при серьезном дорожном ударе могут разрушиться.
• Страховые компании не смогут рассчитать стоимость полиса для владельца такой машины, поскольку риски причинения вреда окружающим при падении с высоты не поддаются стандартным расчетам.

Что покажут в 2028 году

С учетом физических законов и нормативных правил можно точно определить, чем на самом деле закончится проект летающего Tesla Roadster к заявленному 2028 году.

Компания Tesla имеет большой опыт создания мощных электрических силовых установок и совершенных систем контроля тяги. Вполне вероятно, что к 2028 году компания действительно соберет партию дорогих спортивных машин, оснащенных соплами со сжатым газом.

Однако эта машина не будет транспортным средством для полетов. Она получит статус специального спортивного снаряда для закрытых треков. Владельцы смогут использовать систему сопел исключительно для двух целей:

1. Улучшение показателей разгона на специально подготовленной прямой трассе за счет кратковременного реактивного толчка вперед.
2. Выполнение коротких прыжков на закрытых полигонах под строгим контролем специалистов компании.

Использовать эту функцию на дорогах общего пользования запретит закон, а технические возможности машины не позволят подняться выше уровня трамплина и преодолеть по воздуху хотя бы несколько сотен метров.

История техники показывает четкую закономерность: сложные транспортные задачи решаются развитием инфраструктуры, а не созданием универсальных фантастических аппаратов. Проблема дорожных заторов решается организацией скоростных железнодорожных сетей, строительством многоуровневых развязок, оптимизацией светофорных фаз и внедрением автоматических систем управления движением.

Летающий автомобиль остается популярным образом для презентаций и привлечения внимания инвесторов ровно потому, что он предлагает простое визуальное решение сложной проблемы. Но законы физики, сопротивление материалов и требования безопасности остаются неизменными независимо от того, кто дает обещания — Стэнли Хиллер в 1957 году или Илон Маск в наши дни.