汽车不仅代表了科技和艺术的融合,还喻示摆脱身体束缚的自由,是一种人类对于浪漫的幻想。依靠步行,人的日常活动半径也就是3~5千米;如果骑马,活动半径能够扩大5~10倍。但马是动物,需要考虑它的补给和休息问题。当汽车走进日常生活之后,人类才真正实现了个人出行上的随心所欲,既不用考虑马匹劳累,也不再受白天黑夜的限制,想去哪里就去哪里,想什么时候出发就什么时候出发。过去的未来
在幻想这件事情上,科幻作家永远比科学家走得“更快更远”。汽车工业发展到现在,通过科技的推动,经历了蒸汽时代、汽油引擎时代和新能源时代。而早在我们还没意识到环境保护和可持续能源的时候,科幻作家已经在他们的作品里展开了对未来交通工具的畅想,而现在流行的新能源汽车,不过是让科幻构想实现“落地”。
科幻小说中出现过的新能源交通工具,动力来源大致可以分为四大类。
第一类,是电能源驱动。海因莱因在《考文垂》中描写了一种名叫“钢铁龟”的太阳能电动汽车。它在顶盖上装有一个约5平方米的太阳能电池板,车内有一个储存电能的电池,这使得汽车在阴天和晚上也可以驱动。“钢铁龟”的优点是操作简单、行动平稳,但速度十分慢,最高时速只能达到9千米。
第二类,是氢能源驱动。刘慈欣笔下出现过一辆名为“东方”的乳白色高档汽车,车上装有氢气涡轮发动机,以金属氢作为燃料。这种氢能不仅使用在汽车上,在小说中的未来世界里,氢能源还被广泛运用在摩托车上。
第三类,是宇宙辐射驱动。阿瑟·克拉克在《太空帆船》里设计了一种太阳帆,这种用银色的含铝塑料膜做出的帆像烟雾一样轻,像肥皂泡一样薄,展开后就能像船帆一样牵动飞船,依靠收集太阳辐射作为动力。安装了太阳帆的飞船能够在太空中以高速进行长途旅行,不需要携带任何燃料。
第四类,也是出现最频繁的,是核能驱动。叶永烈的《小灵通漫游未来》中出现的原子能飘行车,外观看上去是透明的水滴形,里面装着喷气式发动机,喷出的强大气流可推动汽车悬浮自由行驶。
此外,阿西莫夫的《繁星若尘》里,未来人类所使用的日常交通工具是由超原子能源驱动的,飞行器上设有质能转换器,通过质能转换获得动力。使用超原子能源的好处是飞船永远不缺燃料,能量用之不竭,坏处是人相当于坐在超原子反应堆上面,一旦所有燃料在链式反应中全部转换为能量,飞行器和乘客会分别化作一片铁和蒸汽。同样是阿西莫夫的《基地前奏》里,川陀政府高级官员出行的喷射机上,装配的是一种更安全的微融合发动机,使用的是某种常温核聚变技术,但微融合发动机最大的缺点就是昂贵,无法普及。 多几条腿“跑路”
所谓新能源汽车,就是用可再生的清洁能源,来替代不可再生又会产生污染的汽油作为动力。如今我们常见的新能源汽车,灵感与科幻小说中的设定密不可分,有些甚至干脆是以科幻设想作为蓝图研发出来的。这些新能源汽车大致可分为四大类—电动汽车、混合动力汽车、替代燃料汽车、燃料电池汽车。
国际能源署的报告显示,2021年全球的新能源汽车销量超过600万辆,同比上涨了60%,而其中占据绝大部分市场份额的新能源汽车是电动汽车和混合动力汽车。自从汽车行业发动产业革命以来,国产的吉利、比亚迪、蔚来、小鹏,进口的特斯拉、宝马等,都在电动汽车与混合动力汽车领域深耕,从电池续航时长到舒适度,八仙过海各显神通、不断竞争的同时,也让新能源汽车从科幻小说中的概念产品,成了大众想消费且能消费得起的交通工具。
电动汽车,顾名思义,就是利用驱动电机作为动力的汽车。事实上,电动汽车在1834年就已经诞生,后因石油的开发使得它的研发停滞。但随着大气环境污染加剧,人们对环保的日益重视,电动汽车在21世纪迎来了复苏的春天。目前的电动汽车所采用的电池主要是镍氢电池和锂电池,且技术已很成熟。
电动汽车的优点很明显,零排放、低噪音;缺点也很明显,电池储存能量太少,需要不断充电,电池使用周期短,需要定期更换电池。普通的电动汽车续航里程数是300至400千米,高端电动车续航里程是500至600千米。如果跑长途,中途充电需要花费大量时间,快充需要2至4小时,慢充则需要8小时。这意味着,如果驾驶电动汽车,必须时刻关注剩余电量,确保自己所剩行程内能找到充电桩。相关科学家一直致力于电池续航能力的提升和能源回收利用,高速公路和停车场随处可见的充电桩也让充电变得更加便捷。如果电动汽车能够在电池研发上实现突破,我们有理由相信电动汽车的普及率会更高。
混合动力汽车是在电动汽车基础上加以改进,结合燃油车与电动汽车的优点,安装了两套驱动设备,既可以通过内燃机驱动,也能够使用电动机驱动。混合动力汽车的优点是能够灵活应对驾驶过程中的各种需求,在市内短途驾驶的时候,可以使用电动机驱动,节能减排;如果需要跑长途,就使用内燃机驱动,方便快捷。缺点是价格偏高,维修费用也贵,电池的续航里程比电动汽车更短。
在电动汽车和混合动力汽车问世之前,其实有很长一段时间,一种替代燃料汽车活跃在我们身边。没错,我说的就是出租车。
2000年之后,因为国际石油价格不断上涨,大量出租车司机为了节约成本,将自己的车“油改气”,在后备厢里装上一个大大的气罐子。清楚记得,每到傍晚时分,马路上就很难打到车,一问,司机都在排队加气呢。替代燃料汽车多使用液化石油气或压缩天然气作为燃料,也有使用乙醇和氢气的,其中日本三菱的生物乙醇汽车,就是使用乙醇作为燃料。而近期长安汽车研发的“氢程”概念跑车,就是一款以氢气作为动力的新型汽车。
燃料电池汽车其实也是在电动汽车的基础上进行改进的,这种汽车同样是以电机为驱动的,只不过它是以氢气、甲烷作为燃料,在化学反应的作用下形成电流带动电机进行工作。燃料电池汽车的优点是零排放、无污染,发动机效率高,缺点是造价太高,汽车启动反应比较慢,氢气运输不方便。 不再是科幻
目前,还有两种新能源汽车正在低调研发中。相比起已经投入生产的前几类新能源汽车,这两种更加具有科幻感,科学家也在可能性上不断摸索,寻求突破。
一种就是海因莱因写过的太阳能汽车。太阳能汽车的研发最早出现在墨西哥,科学家制作了一个光电池,把它装在汽车上,电池将太阳光转换为电能,为发动机提供能力。太阳能汽车虽然节能清洁,可受技术所限,电池的光电转化率太小,只能把10%至15%的太阳能转化为光能,晒一整天的太阳也只能让汽车行驶40分钟,基本无法投入使用。值得一提的是,比起海因莱因的“钢铁龟”,现实版的太阳能汽车也不能算快,它的最高时速只有40千米。
另一种“概念款”新能源汽车是空气动力汽车,它通过压缩空气驱动发动机,安全无污染。世界上第一辆空气动力汽车是法国人发明的,行驶200千米的成本只需要0.3美元。可惜空气动力汽车的技术设计很美好,实施起来却很困难。首先,现有技术条件下,空气压缩技术装置的质量、体积过于庞大,需要占用大量空间,重量达700千克,只能在大型汽车上应用;其次,它和电动汽车一样,蓄能耗完之后需要补充,需定时停靠充气,比充电还不方便;最后,压缩空气膨胀做功的转化率不高,其优势还无法超越电动汽车。
那么,在未来,新能源汽车到底会驶向何方呢?
人类几十年来对石油的大肆开采以及越来越严重的温室效应,让如今的汽车工业走到了瓶颈,如果不能成功转型,也许就会迎来彻底的衰败。而电力也并非取之不竭的可再生资源,在火力发电和水力发电为主要发电方式的当下,电动汽车虽然没有尾气污染,可是逐渐上涨的用电量对环境却是不可忽视的负担。也许真正实用的绿色汽车,还需要科学家们在新型燃料研究上有所突破,比如,大力研发氢能;又比如,找到更安全、廉价的生物燃料;再比如,有朝一日会再有普罗米修斯为我们送来火种,将核能的利用提高到那个如今还看不到高度的台阶上。
也许,等到了那一天,科幻小说里的私人飞船将不再是梦,我们的汽车都是陆空两用,不仅能自动驾驶,还能达到第二宇宙速度。我相信,人类总会等到那一天。