Làm thế nào mà chiếc Tesla Roadster có thể bay?

Công nghệ đáng kinh ngạc nhất được giới thiệu trên chiếc Tesla Roadster mới là hệ thống đẩy được lấy trực tiếp từ SpaceX – công ty tên lửa, vệ tinh và trí tuệ nhân tạo cũng thuộc sở hữu của Elon Musk. Trên chiếc Roadster được trưng bày tại sự kiện, bốn vòi phun kim loại nằm ngay phía trên cản sau và trông giống hệt như ống xả của những chiếc siêu xe thông thường (hãy tưởng tượng C8 Corvette nhưng được đặt cách xa nhau hơn). Nhưng đây là một chiếc xe điện, vì vậy những ống này không phải để thải khí thải, mà là không khí áp suất cao, chủ yếu là nitơ, được lưu trữ trong một bình chứa hình cầu màu đen khổng lồ nằm phía sau hai ghế trước của chiếc Roadster. Bình chứa hình cầu này là một bình áp suất bọc vật liệu composite (COPV), và nó được kết nối bằng hai đường ống dẫn đến bốn vòi phun, hoạt động như các động cơ đẩy khí lạnh (CGT).

Bắt đầu với COPV

Như tên gọi đã chỉ ra, COPV là một bình chứa có áp suất cao được bọc bằng vật liệu composite. Trong trường hợp của Roadster, bình chứa này là một quả cầu màu đen rất lớn, có kích thước tương đương với một quả bóng tập thể dục lớn mà bạn thường dùng ở phòng tập, được bọc trong lớp vải sợi carbon đen bóng đặc trưng.

Bạn có thể hình dung COPV giống như bình nhiên liệu trong xe chạy bằng khí nén tự nhiên (CNG) hoặc khí propan lỏng (LPG), ngoại trừ hỗn hợp nitơ trong COPV được lưu trữ ở áp suất cao hơn nhiều, lên đến 10.000 psi, tương tự như áp suất trong các xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro hiện đại. Ở đây, bình chứa trông giống như một bình lặn có đường kính lớn với hai đầu gần như hình bán cầu, và chúng tôi được biết thể tích của nó khoảng 200 lít, một lượng khí rất lớn ở áp suất 10.000 psi.

Các đường ống dẫn từ COPV đưa khí nitơ áp suất cao đến các vòi phun CGT như hình trên. 

Các bình chứa áp suất cao (COPV) không phải là công nghệ mới. Các bình chứa chịu áp suất cao đã là một phần của ngành tên lửa hiện đại ngay từ những ngày đầu. Ban đầu chúng được làm bằng thép, sau đó là nhôm và thậm chí là titan. Trong cuộc chạy đua để chế tạo các bình chứa nhẹ và bền nhất có thể, nhóm Tàu con thoi của NASA đã tiên phong sử dụng các bình chứa lót kim loại được bọc bằng nhiều loại vật liệu composite khác nhau. Chìa khóa để duy trì áp suất bên trong cao này là lớp bọc ngoài – một lớp bọc liên tục bằng vật liệu composite có trọng lượng nhẹ nhất và độ bền cao nhất hiện có, bao gồm Kevlar và sợi carbon. Việc bọc liên tục, thay vì chồng các dải hoặc sợi riêng lẻ, là chìa khóa để mang lại độ bền cao nhất có thể, trong khi lớp lót kim loại bên trong được sử dụng để ngăn chặn sự thấm khí. Đầu năm nay, SpaceX đã mua lại Hexagon Masterworks, công ty sản xuất COPV, để đưa công nghệ quan trọng này vào nội bộ (tên lửa SpaceX sử dụng nhiều COPV).

Van, bộ truyền động và đường ống

Ở hai đầu đối diện của hình cầu, được cố định bằng 12 bu lông lớn, là một mặt bích lớn nối với một đường ống lớn được bao quanh bởi hai bộ truyền động kiểu pít-tông. Độ chắc chắn của hai mặt bích này và số lượng đai ốc được buộc dây an toàn chứng tỏ áp suất cao bên trong COPV, cũng như các động cơ truyền động, dường như được lấy từ mắt cá chân của robot Tesla Optimus. Các bộ truyền động này điều khiển các van bên trong đường ống điều chỉnh áp suất của khí thoát ra khỏi COPV ở tốc độ siêu âm. Khí này bắn qua hai đường ống dài phân nhánh và kết thúc ở bốn vòi phun CGT.

Khí nitơ áp suất cao phun ra từ bốn vòi phun khí lạnh của động cơ đẩy với tốc độ siêu âm. 

Lối ra qua CGT

Không, CGT không phải là viết tắt của Carrera Gran Turismo. Trong trường hợp này, nó có nghĩa là động cơ đẩy khí lạnh, và các vòi phun có chức năng điều hướng dòng khí áp suất cao thoát ra từ COPV.

Theo phó chủ tịch kỹ thuật xe của Tesla, Lars Moravy, cũng giống như các đầu có chiều dài bằng nhau trong ống xả, điều quan trọng là tất cả các ống và van thoát ra từ COPV phải có chiều dài chính xác như nhau. Bất kỳ sự khác biệt nào về chiều dài sẽ tạo ra đường đi không đều cho khí thoát ra, dẫn đến việc cung cấp khí không đều cho các vòi phun CGT. Trong trường hợp lực đẩy về phía trước, sự mất cân bằng như vậy có thể gây ra hiện tượng lệch hướng ngoài ý muốn. Ví dụ, khí thoát ra nhanh hơn ở hai vòi phun bên trái có thể làm xe lệch hướng sang phải, và ngược lại.

Roadster sử dụng bộ pin hơn 100 kWh gồm các cell hình trụ 4680 của Tesla, với công nghệ hóa học được cải tiến và hệ thống làm mát được nâng cấp. 

Kim loại quý hiếm

Do áp suất cao của hệ thống và yêu cầu giảm thiểu khối lượng của Roadster, các ống dài và vòi phun động cơ đẩy được làm bằng titan, trong khi các ống chia giữa chúng ở mỗi bên được làm bằng Inconel.

Vậy chiếc Thrust Roadster có tốc độ bao nhiêu?

Những nhà sưu tập xe hơi giàu có theo đuổi mục tiêu đạt thời gian tăng tốc từ 0 đến 60 dặm/giờ dưới một giây hiểu rất rõ rằng những chiếc siêu xe thể thao hiện đại ngày nay bị giới hạn bởi lực tăng tốc tối đa mà chỉ riêng lốp xe có thể tạo ra. Lực đẩy sẽ quyết định người chiến thắng trong cuộc đua tăng tốc cuối cùng.

Tính toán sơ bộ cho thấy hai động cơ phía sau với công suất 1 MW (1.341 mã lực) có thể tạo ra lực đẩy khoảng 32,3 kN (7.261 pound-lực), phần lớn nhờ vào hệ thống quạt hút có ống dẫn khí của Roadster giúp ép chúng xuống mặt đường với gia tốc hơn 2 g.

Hệ thống truyền động của Roadster được phát triển từ hệ thống ba động cơ huyền thoại tiên phong trên Plaid, nhưng nó sử dụng hai động cơ thay vì ba, nhẹ hơn, nhỏ gọn hơn và mạnh mẽ hơn đáng kể. 

Như vậy, chỉ còn lại 19,8 kN (4.451 lb) lực đẩy mà các động cơ đẩy phải tạo ra để chiếc Roadster nặng 3.750 pound đạt tốc độ 60 mph trong 0,8 giây theo tuyên bố của Tesla. Chúng ta không biết gì về hình dạng của các họng CGT (cũng như hệ số cản hoặc diện tích mặt trước của Roadster), vì vậy không thể nói lực đẩy có ý nghĩa có thể được duy trì trong bao lâu hoặc tốc độ của xe sẽ là bao nhiêu tại thời điểm đó, nhưng vài giây có vẻ hợp lý, khi đó xe sẽ đạt tốc độ ít nhất 135 đến 180 mph với các động cơ vẫn đang hoạt động.

Còn việc xoay tròn và bay lượn thì sao?

Trong các cuộc trình diễn phóng, tên lửa Roadster đã lơ lửng, xoay tròn và bay lên nhờ vào một bình chứa khí nén (COPV) dung tích lớn hơn, giúp tăng gấp ba lượng khí nén cần thiết cho lực đẩy lên 600 lít. Sáu vòi phun khí nén (CGT) bổ sung là cần thiết để giúp Roadster cất cánh cho các cú nhảy, lật và xoay tròn. Bốn vòi phun CGT, được đặt ngay phía sau bánh xe và hướng xuống dưới, tạo ra lực đẩy thẳng đứng, trong khi hai vòi phun khác ở mũi xe, hướng sang trái và phải, tạo ra lực đẩy xoay ngang.

Lấy nhiên liệu tên lửa ở đâu?

Mặc dù mới mẻ và thú vị trong thế giới ô tô, công nghệ COPV và CGT khá dễ hiểu và là những phương pháp vận hành tương đối tiết kiệm năng lượng, đặc biệt khi so sánh với các phản ứng hóa học cung cấp năng lượng cho tên lửa đẩy nhiên liệu rắn. Về mặt lý thuyết, khí nén cần thiết để cung cấp năng lượng cho các hệ thống CGT trong Roadster có thể được cung cấp bởi các nhà cung cấp khí công nghiệp hiện có (chúng tôi đang nghĩ đến các công ty như Air Liquide, Airgas và Linde Gas). Nhưng sau đó, trên sân khấu tại sự kiện, Elon Musk đã ví khí được sử dụng trong hệ thống COPV CGT của Roadster về cơ bản là không khí và ám chỉ rằng chiếc xe sẽ có khả năng thu giữ, nén và lưu trữ nhiên liệu tên lửa của riêng nó, tất cả nghe có vẻ quá tốt để trở thành sự thật. Trên thực tế, các chuyên gia về giao thông vận tải trên mặt đất đang khá vất vả để tìm ra mục đích hữu ích của một chiếc xe có thể bay lơ lửng, xoay tròn và bay trong khoảng cách ngắn, nhưng nếu việc thêm chiều thứ ba vào du lịch ô tô là xu hướng lớn tiếp theo, chúng tôi sẵn sàng đón nhận nó. Hãy theo dõi để biết thêm thông tin cập nhật về Tesla Roadster.

Theo motortrend