تسلا با رودستر می‌خواهد خودرویی بسازد که با مکش فعال به سطح جاده بچسبد و با استفاده از رانشگرهای گاز فشرده، جهش کند.
ایلان ماسک برای نسل جدید تسلا رودستر فقط شتابی در حد ابرخودروها در نظر نگرفته است؛ او می‌خواهد خودرویی بسازد که با مکش فعال به سطح جاده بچسبد و با استفاده از رانشگرهای گاز فشرده، جهش کند و حتی برای لحظاتی از زمین جدا شود.
ترکیب این دو فناوری، ایده‌ای کم‌سابقه در صنعت خودرو است؛ اما فاصله میان نمایش چشمگیر یک نمونه مهندسی و تولید انبوه محصولی ایمن، قابل‌اعتماد و کاربردی همچنان قابل‌توجه است.
خودرویی با دو روش متفاوت برای غلبه بر محدودیت‌های فیزیک
در خودروهای اسپرت معمولی، افزایش چسبندگی عمدتاً از طریق طراحی آیرودینامیکی بدنه، تولید نیروی رو به پایین در سرعت بالا و استفاده از لاستیک‌های مناسب انجام می‌شود.
این روش محدودیتی اساسی دارد: هرچه سرعت کمتر باشد، نیروی آیرودینامیکی نیز کاهش می‌یابد. در حالت سکون، باله عقب به‌تنهایی نمی‌تواند خودرو را به زمین بچسباند.
تسلا برای حل این مشکل، سامانه‌ای متشکل از چهار فن برقی و مجموعه‌ای برای آب‌بندی فضای زیر خودرو طراحی کرده است. این سامانه با مکیدن هوا از زیر بدنه، فشار را در این ناحیه کاهش می‌دهد و اختلاف فشار ایجادشده، خودرو را به سطح زیرین می‌فشارد.
فناوری مکش فعال پیش از این نیز در خودروهای مسابقه‌ای مطرح شده بود. مک‌مورتری اسپیرلینگ نمونه شناخته‌شده‌ای است که با فن‌های پرسرعت، نیروی رو به پایین قابل‌توجهی حتی در سرعت پایین تولید می‌کند.
بنابراین نوآوری تسلا صرفاً اختراع یک اصل فیزیکی جدید نیست؛ بلکه استفاده از این رویکرد در خودرویی جاده‌ای با عملکرد بسیار بالا و ترکیب آن با سامانه رانشگرهای گاز فشرده است.
چهار فن ۲۰ کیلوواتی؛ فراتر از آیرودینامیک معمولی
به گفته «لارس موراوی»، معاون مهندسی خودرو تسلا، چهار فن عقب هرکدام ۲۰ کیلووات توان دارند. این فن‌ها از موتورهای الکتریکی بزرگی استفاده می‌کنند که از نظر خانواده طراحی به موتور کمپرسور سامانه پمپ حرارتی خودرو مرتبط‌اند.
مجموع توان نامی این چهار فن به ۸۰ کیلووات می‌رسد؛ عددی معادل حدود ۱۰۷ اسب‌بخار. البته این رقم به معنی افزایش مستقیم ۱۰۷ اسب‌بخاری قدرت حرکتی خودرو نیست، زیرا فن‌ها انرژی الکتریکی را برای ایجاد اختلاف فشار مصرف می‌کنند، نه برای چرخاندن چرخ‌ها.
تسلا برای عملکرد این سامانه دو حالت در نظر گرفته است. در سرعت پایین، فن‌ها با کمک پوشش‌های متحرک و آب‌بندی فضای زیر خودرو، مکش ایجاد می‌کنند.
در سرعت‌های بالا، اجزای متحرک آیرودینامیکی تغییر وضعیت می‌دهند تا جریان هوا و نیروی رو به پایین به شکل مناسب‌تری مدیریت شود.
موراوی مدعی است که این سامانه می‌تواند در شرایط مشخص، چسبندگی جانبی بیش از دو برابر شتاب گرانش ایجاد کند. اگر چنین عملکردی در آزمون مستقل تأیید شود، دستاورد قابل‌توجهی خواهد بود؛ زیرا مکش فعال می‌تواند بخشی از محدودیت خودروهای معمولی را در سرعت پایین برطرف کند.
بااین‌حال، رسیدن به چنین عملکردی فقط به قدرت فن‌ها وابسته نیست. آب‌بندی زیر بدنه، توزیع فشار، مصرف انرژی، مقاومت قطعات در برابر آلودگی و آسیب، کنترل الکترونیکی و رفتار خودرو در پیچ‌ها همگی اهمیت دارند. همچنین ادعای چسبیدن خودرو به سطح وارونه، به معنای اثبات ایمنی این سامانه در تمام شرایط جاده‌ای نیست.
رانشگرهای گاز سرد؛ فناوری فضایی در یک خودروی اسپرت
بخش جنجالی‌تر پروژه، سامانه‌ای است که تسلا با همکاری مجموعه فضایی اسپیس‌ایکس توسعه داده است. این سامانه از رانشگرهای گاز سرد استفاده می‌کند؛ فناوری‌ای که در فضاپیماها برای تغییر جهت و کنترل وضعیت به کار می‌رود.
اصل کار نسبتاً ساده است: گاز تحت فشار از یک نازل خارج می‌شود و نیروی عکس‌العمل، نیروی رانش ایجاد می‌کند. برخلاف موتورهای موشکی شیمیایی، در این فرایند احتراق سوخت و اکسیدکننده وجود ندارد. انرژی لازم برای ایجاد رانش، پیش‌تر در گاز فشرده ذخیره شده است.
در نسخه Thrust، چهار رانشگر عقب برای کمک به شتاب‌گیری در نظر گرفته شده‌اند. نسخه پیشرفته‌تر Rocket، رانشگرهای بیشتری در اطراف خودرو دارد تا علاوه‌بر نیروی رو به جلو، امکان ایجاد نیروی عمودی و کنترل چرخش در هوا را فراهم کند.
تسلا در نمایش خود، خودرویی را به نمایش گذاشت که بدون استفاده از یک رمپ معمولی از زمین جدا شد و پس از انجام مانور در هوا فرود آمد. چنین نمایشی نشان می‌دهد که این ایده از مرحله یک تصویر تبلیغاتی صرف فراتر رفته است؛ اما به‌تنهایی اثبات نمی‌کند که خودرو می‌تواند پروازی پایدار، طولانی یا قابل‌کنترل در شرایط مختلف انجام دهد.
مخازن ۶۰۰ لیتری و چالش بزرگ ذخیره‌سازی انرژی
طبق توضیحات منتشرشده، نسخه Rocket از دو مخزن کامپوزیتی تقویت‌شده با الیاف کربن استفاده می‌کند که مجموع حجم آن‌ها به ۶۰۰ لیتر می‌رسد.
این مخازن برای ذخیره گاز تحت فشار بسیار بالا طراحی شده‌اند و فضای مخزن اضافه، جای صندلی سرنشین دوم را می‌گیرد. به همین دلیل، تسلا نسخه Rocket را تک‌سرنشین معرفی کرده است.
در گزارش‌های اولیه از فشار ۱۰ هزار PSI، معادل حدود ۶۹۰ بار، نیز صحبت شده است؛ بااین‌حال، باید بین فشار نامی مخزن، فشار واقعی گاز و فشار خروجی رانشگرها تفاوت قائل شد. مشخصات کامل فشار کاری و عملکرد سامانه در تمام مراحل تخلیه هنوز منتشر نشده است.
یکی از مهم‌ترین نکات فنی، زمان شارژ مجدد مخازن است. گزارش‌های منتشرشده پس از مصاحبه موراوی می‌گویند پر کردن مجموعه مخازن در شرایط فعلی حدود شش تا هفت ساعت طول می‌کشد و هدف مهندسان کاهش این زمان به حدود ۳۰ دقیقه است.
این اختلاف نشان می‌دهد که توسعه یک سامانه شارژ سریع، خود پروژه مهندسی مستقلی است. کمپرسورهای معمولی کارگاهی برای رسیدن به چنین فشارهایی مناسب نیستند.
به تجهیزات فشارقوی، احتمالاً تراکم چندمرحله‌ای، کنترل دمای گاز، اتصالات ویژه و سازوکارهای ایمنی نیاز است. از سوی دیگر، فشرده‌سازی سریع گاز گرما تولید می‌کند و همین مسئله می‌تواند بر زمان شارژ و محدودیت‌های مخزن اثر بگذارد.
ایلان ماسک گفته است که سامانه به سوخت موشکی اختصاصی نیاز ندارد و مخزن قابل شارژ مجدد است. اما این ادعا به معنای آن نیست که خودرو الزاماً کمپرسور داخلی دارد یا می‌تواند در هر مکانی به‌سادگی مخزن خود را پر کند. جزئیات زیرساخت شارژ و مشخصات تجهیزات موردنیاز هنوز به‌اندازه کافی روشن نیست.
چرا این فناوری هنوز تا تولید انبوه فاصله دارد؟
چالش نخست، ایمنی است. مخزن پرفشار در تصادف، برخورد جانبی یا آسیب به سازه باید عملکرد قابل‌پیش‌بینی داشته باشد. علاوه‌برآن، رانشگرها باید بتوانند در زمان بسیار کوتاه و با دقت بالا عمل کنند.
اختلاف جزئی در زمان باز شدن شیرها یا میزان خروج گاز می‌تواند جهت نیروی واردشده به خودرو را تغییر دهد
چالش دوم، کاربرد روزمره است.
سامانه‌ای که برای چند ثانیه رانش شدید تولید می‌کند، الزاماً برای استفاده مکرر در خیابان مناسب نیست. مدت عملکرد، تعداد مانورهای قابل‌انجام با هر بار شارژ، افت رانش با کاهش فشار و امکان استفاده ایمن در محیط‌های مختلف هنوز به داده‌های مستقل نیاز دارند.
چالش سوم، مقررات است. صفحه رسمی تسلا تصریح می‌کند که نسخه Rocket برای استفاده در جاده‌های عمومی تأیید نشده است. بنابراین نباید قابلیت‌های نمایشی این نسخه را با تجهیزات قابل‌استفاده در یک خودروی تولید انبوه جاده‌ای یکسان دانست.
در نهایت، تسلا باید دوام و قابلیت اطمینان فن‌ها، سامانه آب‌بندی، قطعات متحرک آیرودینامیکی، مخازن و تجهیزات کنترل را در شرایط واقعی اثبات کند.
تولید چند نمونه آزمایشی و اجرای یک نمایش موفق، مرحله‌ای مهم است؛ اما جای آزمون‌های طولانی‌مدت، استانداردسازی، تأییدیه‌های قانونی و خدمات پس از فروش را نمی‌گیرد.
شاهکار مهندسی، اما هنوز نه یک محصول معمولی
ترکیب مکش فعال، آیرودینامیک متغیر و رانشگرهای گاز سرد در یک خودروی اسپرت، بدون تردید پروژه‌ای خلاقانه و بلندپروازانه است.
ایلان ماسک تلاش می‌کند فناوری‌هایی را که معمولاً در خودروهای مسابقه‌ای و سامانه‌های فضایی دیده می‌شوند، در یک محصول واحد کنار هم قرار دهد.
بااین‌حال، ارزش واقعی این پروژه فقط با اعداد شتاب یا تصاویر خودروی معلق در هوا سنجیده نمی‌شود. معیار اصلی این است که آیا تسلا می‌تواند چنین سامانه پیچیده‌ای را به محصولی ایمن، بادوام، قابل‌تعمیر و قابل‌استفاده تبدیل کند یا خیر.
در شرایط فعلی، رودستر جدید را باید یک نمایش چشمگیر از ظرفیت مهندسی و یک پروژه پیشرفته درحال توسعه دانست؛ نه فناوری‌ای که تمام موانع تولید انبوه را پشت سر گذاشته است.