没有喷气背包。没有飞行汽车。我们承诺的未来在哪里？

喷气背包和飞行汽车似乎更适合停在科幻小说（以及一些杂志）的书页上，而不是放在你的车库里。1924 年，PopSci 预测飞行汽车只需 20 年就能问世，但这种天真的乐观并非毫无道理：发明家们已经为革命性的交通方式摸索了一个多世纪。超级高铁的起源可以追溯到 19 世纪 70 年代。巡航控制系统于 20 世纪 50 年代首次亮相。第一辆飞行汽车原型机在同一时期起飞。而贝尔实验室在 60 年代设计了喷气式背包的原型机。这些未来通勤方式仍然在满足大众市场的期望：它安全吗？可靠吗？便宜吗？以下是我们对载人交通梦想的现实评估。

飞行汽车

有什么阻碍吗？

飞行汽车的意义在于方便：可以飞越交通，而不是待在车流中。这意味着飞行器的推进技术必须足够强大才能飞起来，但也要足够安全、安静和灵活，才能降落在郊区的车道上。

虽然初创公司已经开发出巧妙的飞行方案，但没有一家公司能找到汽车和飞机之间的最佳平衡点。硅谷公司 Opener 拥有一款使用八个旋翼垂直起飞的单座飞行器，但该装置没有轮子，这意味着它更像是一架私人直升机，而不是一辆可以上路的探测车。波士顿地区的初创公司 Terrafugia 制造了 Transition，这是一款带折叠机翼的双座飞行器。展开机翼后，它可以在 9,000 英尺的高空飞行 400 英里。但有一个问题：要起飞，你需要一条跑道。

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即使技术成熟，繁文缛节也可能使汽车无法飞行。美国国家公路交通安全管理局和美国联邦航空管理局必须批准飞行汽车。垂直飞行协会工程联盟的迈克尔·赫希伯格表示，批准至少还要十年。Terrafugia 是最接近完成文书工作的公司，而 Opener 仅在加拿大获得了批准。

概念和原型

我们可能还没有推出面向大众市场的飞行汽车，但几十年来我们一直在努力解决相关问题。

1949 年：尽管美国联邦航空管理局的前身认证了莫尔顿·泰勒的 Aerocar 可以安全飞行，但它从未投入生产。这是有道理的：驾驶员在飞行前必须安装螺旋桨和 15 英尺长的机翼。

2000 年：保罗·莫勒的 M400 空中飞车在我们的 2000 年 3 月杂志上占据了重要位置。这架单座飞机依靠四个风扇的动力飞行，可以“从你家后院起飞”。但它至今还没有着陆。

2018 年： Uber Air 多旋翼飞行器可垂直起飞和降落。该公司计划于 2020 年在洛杉矶和达拉斯部署空中出租车队，但这些车辆将仅限于这些城市的特定发射区。

有前景的技术

1. 更好的电池
飞行汽车需要依靠电力运行，否则发动机噪音会打扰郊区居民。但目前最好的电池——例如 Terrafugia 使用的磷酸锂离子电池——的能量密度仅为燃料的 2%。大多数初创公司都会增加更多电池组，但这会给需要悬停的汽车增加重量。飞行轿车的飞跃将是一种名为固态的电池技术。固体可以承受更高的温度，而温度更高的电池可以储存更多能量。问题是，没有人制造出可以保持电量的电池。

2. 更强大的功能
垂直起飞对于空中汽车来说是最合理的。然而，使用单个电机或发动机来吊起底盘和乘客会消耗大量能源。对于即将推出的 Nexus 混合动力飞机，贝尔航空系统公司借用了无人机推广的一种高效升空方案：四旋翼飞行器。在这种设置中，多个螺旋桨既分担了负载，又有助于稳定飞机。Uber 计划推出的空中出租车将以同样的方式起飞，然后以固定翼飞行。

超级高铁

有什么阻碍吗？

超级高铁舱以音速沿磁轨穿过地下气动管道。或者就像伊隆·马斯克在 2013 年发布会上发的推文：“协和式飞机和电磁炮的结合体。”

马斯克预计，如果多个团队同时开展工作，他的雄心勃勃的想法将有更大的成功机会，因此他将该项目开源。同样有帮助的是：所需硬件的版本已经存在。电动机将把胶囊送入铝制轨道，磁铁将提供悬浮，而一堆传统真空泵将吸出 Hyperloop 隧道中的所有空气，以创造一个几乎无摩擦的大气。

最大的物理挑战是挖掘通道，尽管这更多的是财务问题而不是技术问题。马斯克为这项艰巨的工作成立的 Boring Company 给出的报价是每英里隧道 10 亿美元，但这可能有点低估了：想想纽约市为建造第二大道地铁线每英里花费 25 亿美元。

Hyperloop 项目也曾遭遇挫折。Boring Company 放弃了在西洛杉矶的计划，而不是与当地人打官司。不过，有些公司还是很乐观。Hyperloop Transportation Technologies 今年将在中国和阿联酋破土动工，首席执行官 Dirk Ahlborn 已经在谈论启动日期。热情高涨是好事，但我们还没有看到太多试运行。

概念和原型

通过地下真空管道实现快速通勤的梦想已有近150年的历史。

1870 年：发明家阿尔弗雷德·埃利·比奇 (Alfred Ely Beach) 获得了气动输送技术的专利，该技术从埋地真空管两端的大型风扇获取动力。他在纽约市秘密建造了一条示范隧道。

1970 年：履带式气垫船原本计划将伦敦至爱丁堡的旅程缩短至 90 分钟。振荡磁场可使这一被放弃的概念以每小时 100 英里或更高的速度行驶。

2010 年： Max Schlienger 的 Vectorr 火车沿着磁轨漂浮，由真空泵的气压驱动。他有一列六分之一大小的模型，在加利福尼亚州纳帕的葡萄园里行驶。

有前景的技术

1. 巧妙的悬浮
超级高铁将通过类似 Inductrack 轨道的悬浮方案悬浮在轨道上方。该装置不是依靠两组排斥磁铁来提升舱体，而是在列车底部以直角排列一组磁铁（称为 Halbach 阵列的矩阵），并将线圈放置在轨道中。低速时，电机会沿着轨道滑动舱体。当速度达到每小时 45 英里时，车厢和线圈之间会形成电磁场，从而将列车抬起。

2. 真正的振金
以 1 马赫的速度定期行驶会导致许多材料弯曲或破裂。相反，Hyperloop Transportation Technologies 用一种专利复合材料覆盖其胶囊，这种复合材料被称为 Vibranium。（是的，就像《黑豹》中为瓦坎达提供动力的虚构矿石一样。）这种碳纤维复合材料不仅比钢强 10 倍，而且重量只有钢的五分之一。此外，遍布整个胶囊的传感器可检查结构完整性。

喷气背包

有什么阻碍吗？

1958 年， 《大众科学》杂志预测人类“像鸟一样飞翔的古老梦想……可能比我们想象的更近”。三十年后，喷气背包试飞员威廉·苏伊特 (William Suitor) 在 1984 年洛杉矶奥运会开幕式上空盘旋。即便如此，我们的预测还是有点夸张：苏伊特的辉煌时刻——由于效率低下和 120 磅的装备——仅持续了 20 秒。

自从 Suitor 的绝技之后，喷气背包已慢慢接近升空。他的模型使用加压过氧化氢作为燃料，而如今的火箭服依靠更高效的煤油或柴油飞行 10 到 20 分钟。但现代飞行器在其他问题上只取得了微小的飞跃。作为真正的火箭，喷气背包很吵；Suitor 的皮带发出 130 分贝的尖叫声，而 Jetpack Aviation 的当前模型发出的声音稍微低沉了一点，只有 120 分贝。它们也很重。Jetpack Aviation 首席执行官大卫·梅曼 (David Mayman) 在 2015 年用来飞越自由女神像的机器重 85 磅——虽然好一些，但仍然大得令人难以忍受。而且，即使你的身体可以承受这个重量，你的钱包也可能因成本而崩溃。入门级喷气背包的价格约为 25 万美元。

概念和原型

让喷气背包飞离地面是件容易的事。但要让它们保持在空中却需要一些努力。

1958 年：美国陆军委托犹他州 Thiokol 化学公司实施“蚱蜢计划”，即一种简陋的火箭带。该装置依靠五罐氮气飞行了一分钟。

1961 年：飞行员哈罗德·格雷厄姆 (Harold Graham) 佩戴小型火箭升空装置，飞到 112 英尺高空。该装置由贝尔航空系统公司开发，其推进剂储存在现成的空气罐中。

2009 年：雷蒙德·李 (Raymond Li) 的 Jetlev-Flyer 是首款上市的水力背包。问题在于：这套重 30 磅的背包通过软管系在船上，船上装有发动机，用于抽水以获得推力。

有前景的技术

1. 电传操纵
有翼飞行器通过可调节襟翼操纵。过去，该系统使用滑轮和电缆等机械硬件，但较新的“电传操纵”技术用电动开关和马达取而代之。飞行器更轻更灵活，飞行员不再需要拉动电缆来操纵。向左转？转动操纵杆或按下按钮。马丁飞机公司的背包使用这项技术。“当我悬停时，我几乎可以完全放开控制装置，”试飞员 Paco Uybarreta 说。

2. 微型电机
推动人类飞行超过 20 秒需要比加压燃料更好的东西。涡轮喷气发动机是小型燃气或柴油发动机，通过涡轮机压缩空气产生推力。它们的功率重量比有助于减轻背包重量。Jetpack Aviation 宇航服上的涡轮喷气发动机重 20 磅，可产生 180 磅的推力——足以将发动机以及额外的燃料、飞行系统和飞行员送入空中。

自动驾驶汽车

有什么阻碍吗？

2018 年初，自动驾驶汽车似乎已准备好上路。但一天晚上，一辆 Uber 自动驾驶汽车在亚利桑那州坦佩撞死了一名女子。这起事故让人们感到担忧，也凸显了这项技术的一大缺陷：它无法在所有情况下可靠地识别危险。即使是不合时宜的眩光也会扰乱汽车的感知。

全时自动驾驶依赖于一系列技术。GPS 会告诉汽车最佳路线，而传感器（雷达、激光雷达和摄像头）会侦察障碍物。人工智能计算机会处理这些输入以快速做出决定：为人踩刹车，或穿过一片树叶。

车辆必须训练数十万小时，才能了解每种条件下的每种危险。汽车制造商可以通过将原型车投入道路测试来更快地记录这段时间。这是优步的做法，但在 2018 年事故发生后，它踩下了刹车。今年某个时候，优步将在匹兹堡推出更为保守的重新启动计划。汽车将只在白天、晴朗天气下以低于 25 英里/小时的速度行驶。在优步重启的同时，谷歌的分拆公司 Waymo 可能会赢得这场竞赛：它正在 25 个城市进行测试，并于去年 12 月在大凤凰城推出了一项机器人出租车服务。

不过，随时可行车型的出现还需要几十年的时间。密歇根大学自动驾驶汽车测试主管彭辉表示：“对于一辆能在雨雪天气中以 65 英里/小时的速度行驶的汽车来说，这还需要很长时间。”Waymo 的首席执行官最近做出了一个更为悲观的预测：这可能永远不会发生。

概念和原型

自本世纪中叶以来，机器人就已出现在驾驶培训中，但它们仍未准备好在公共道路上行驶。

1958 年：工程师测量自动驾驶程度，从零（完全由人控制）到五（完全由机器人驾驶）。第一步是将脚从踏板上移开，就像 50 年代末克莱斯勒汽车首次采用巡航控制系统时驾驶员所做的那样。

1989 年：随着汽车达到 2 级，它们开始学会观察世界并识别基本危险。卡内基梅隆大学的 ALVINN（一辆改装的救护车）上装有传感器和计算机大脑，让它能够在校园内行驶。

2007 年：要达到 3 级及以上水平，汽车必须在没有太多帮助的情况下完成路线。卡内基梅隆大学的 Boss 掌握了一条 55 英里的路线，沿途充满了交通信号灯和其他车辆。

有前景的技术

1. 更便宜的传感器
电子眼可以提供完整的道路图像，但高分辨率摄像头、雷达、激光雷达和其他传感器的总成本（保守估计）为 75,000 美元。光学工程师正在研究更便宜的版本。Waymo 就声称，它制造的屋顶旋转激光雷达仅售 7,500 美元。自动驾驶汽车公司对内部开发保持秘密，但随着工程师不断改进，成本将进一步下降。

2. Brainer 移动大脑
无人驾驶汽车利用一种名为神经网络的人工智能将传感器数据解析为导航线索。这种类似大脑的系统必须在各种天气和光线条件下识别闯红灯行人的每一次视线，然后在几毫秒内转向、刹车或继续前行。自 80 年代以来，程序员一直在训练网络驾驶，但使用的是老旧、缓慢的芯片。如今，在一定程度上得益于视频游戏，图形处理器的速度已经足够快，可以读取路况信息。

本文最初发表于《大众科学》杂志 2019 年春季交通专题。