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为什么说制造可重复使用的火箭“相当容易”？
2019-02-20 / 阅读次数：2005
泉源 | 悦智网
作者 | Rodney Brooks
制造电动汽车和可重复使用的火箭相当容易。制造核聚变反应堆、航行汽车、自动驾驶汽车或超等高铁系统却很是难题。这二者有何差别呢？
简而言之 ，谜底就是：履历�？赡苄杂胧视眯缘那鹬荒芡ü笛榉⒚�。因此 ，即便物理原理批注某产品未来可行 ，但只要尚未经由实验室验证或仅经由原型验证 ，你就可以以为它距离乐成还远着呢。若是该产品响应的版本已举行量产 ，大部分须要刷新都已取得希望 ，那么有可能很快就可用了。纵然走到这一步 ，若是没有人想要使用它 ，它也只能躺在客栈的角落中沦为废品 ，无论手艺职员在制造历程中为其倾注了几多热情。
事实是什么造成一项有潜力的手艺开举事易水平有所差别 ，这是很是值得思量的问题 ，由于一次过失会导致一系列不明智的决议。例如 ，现在正在法国建设的国际热核聚变实验堆（ITER） ，预计建设用度约为220亿美元。若是各国政府以为经由云云的艰辛和起劲之后 ，该项目自然会乐成 ，并于短期内生长成为可商用的聚变反应堆 ，若是他们围绕这种假设制订本国的能源战略 ，那么国民们可能会很失望。
在此 ，我列出了一份简短的手艺项目清单 ，所列项目现在都正在举行当中 ，或者至少处于严肃讨论阶段。在每一种情形下 ，我都将指出这项手艺的哪些特征有利于/倒运于市场推广。
电动汽车是一项相对简朴的手艺 ，由于汽车已经大规模生产了一个多世纪。在雨刷器、制动器、车轮、轮胎、转向系统、升降窗户、汽车座椅、底盘等部件的设计和制造方面 ，我们拥有100多年的履历。在制造数字化动力传动控制系统方面 ，我们拥有20多年的履历。
除此以外 ，我们已经具备了驾驶车辆所需的全套基础设施 ，包括蹊径、停车位、清静标准、汽车包管以及车辆和司机的政府牌照。因此 ，从内燃发念头汽车到电动汽车 ，你不必从零最先发明设计各个部件 ，然后解决怎样量产的问题。
诚然 ，要以具有竞争力的价钱大规模生产行驶里程较长、可靠性较高的电动汽车 ，你必需明智地熟悉到——首先要有性能优异的电池 ，并且资源富足。可是许多方面你无须改变。关于无须改变的这部分 ，有许多人已经从事相关事情长达几十年 ，制造和组装的履历富厚。电动汽车是一项新手艺 ，但其难度在合理规模内。
同样 ，可重复使用的火箭听起来可能充满了革命性意味 ，可是我们仍然拥有许多现有手艺。所有用液体燃料推进的火箭都是由V-2火箭演变而来 ，V-2火箭是沃纳•冯•布劳恩（Wernher von Braun）为希特勒制造的。V-2火箭配有高流速涡轮泵（433千瓦） ，可以循环燃料冷却发念头的部件 ，并携带液态氧 ，飞越大气层。V-2火箭首次航行是在76年以前 ，此后由苦役劳工举行批量生产。
从那以后 ，天下上已研发出20多个差别系列的液体燃料火箭 ，其中某些火箭家族具有数百种差别的设置。同盟号火箭的家族历史长达52年之久 ，该系列火箭都是在20个液体燃料推进室燃烧爆发的助推力作用下发射升空的。德尔塔（Delta）火箭家族中的德尔塔IV重型火箭有3个连成排的相同焦点 ，每个焦点都是早期单核德尔塔IV火箭的第一级。
使用喷气式发念头推进器的软着陆手艺始于20世纪50年月 ，其时劳斯莱斯展示了其研发的“航行试验器”。厥后10年 ，鹞式战斗机泛起 ，该款战斗机也能笔直起降。1969年 ，载人火箭——登月舱——载着宇航员笔直上岸月球。20世纪90年月 ，麦克唐纳-道格拉斯公司研制了单级德尔塔 “三角快帆”试验火箭（Delta Clipper Experimental ，DC-X） ，在美国新墨西哥州的白沙导弹靶场举行了多次笔直起降。
今天的猎鹰火箭是由美国太空探索手艺公司（SpaceX）研制的一款可重复使用的运载火箭 ，在返回至发射场或接纳驳船举行软着陆的历程中 ，其使用栅格翼控制第一级。栅格翼所依据的理论于20世纪50年月由苏联的谢尔盖•别洛采尔科夫斯基（Sergey Belotserkovskiy）提出。自20世纪70年月起 ，装有栅格翼的火箭就被用于导弹和循航卫星导弹以及同盟号载人宇宙飞船的应急离机系统。
许多人说研发电动汽车或可重复使用火箭是勇敢的、艰难的和令人感动的创立性事情 ，我并不阻挡。可是 ，它们确实以大宗前期事情以及现有营业和实体基础设施作为基础 ，所有这些都增添了它们乐成的概率。关于可能泛起的部分（并非所有）问题 ，也有已知的解决计划。因此 ，我们怀着某种水平的信心 ，可以预计这些手艺将会取得乐成 ，并批量生产。
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然而 ，全新的理念很难评估。它们何时甚至是否会乐成尚不清晰 ，不管这些想法乍一看何等合乎逻辑。
热核聚变反应堆就是一个例子 ，只管它早已有之 ，但与作为全新理念泛起时相比 ，其距离目的实现方面险些没有希望。这项手艺的研发自20天下50年月最先 ，那时我们就知道一连核聚变是“可行的”。事实 ，太阳就是这样发光的。66年前 ，第一颗氢弹“艾维•迈克”（Ivy Mike）爆炸 ，人类制造出一种短暂的核聚变反应。在那时 ，未来主义者就信心满满地展望 ，在合理的时间内 ，核聚变将被用于发电 ，但时至今日仍未实现。我嫌疑 ，现在是否尚有许多人会信托在可预见的未来某日能实现核聚变发电。
实现一连核聚变需要在极高压力下控制极热的气体。任何物理容器都遭受不了这种高温顺高压。必需接纳超强磁场作为非实体性容器。这种必需的磁场很难爆发和控制 ，纵然已经研究了50年 ，仍然无人信托我们即将解决所有的工程问题。
无须进一步讨论：这确实是个难题。
航行汽车是另一个昔日梦想 ，现在又重新盛行起来。最初 ，这个梦想蓝图是能够开车沿蹊径一直跑 ，找到一个清晰的空域 ，航行至目的地周围 ，然后着陆 ，在蹊径上跑完最后一段旅程。航行汽车能够腾空跨过拥堵路段 ，以更快的速率前进。这一梦想已往一直未能实现 ，现在有十几家创业公司正在追逐这一理念 ，起劲从事这一事情的工程师数目在已往十几年内猛增。
这一问题难度较大的缘故原由在于 ，航行汽车需要团结两种完全差别的工程系统。不但要求既能在离地面数千米的空中航行 ，又能适合蹊径和公路网狭窄空间对古板汽车的约束 ，还要始终知足航行和地面交通的种种清静和效率要求。对其中一种系统举行优化 ，就意味着限制另一种系统的功效。
因此并不希奇 ，今天的首创公司所称的航行汽车通常是完全差别的工具：他们研究的是一种点对点的航行交通工具 ，主要靠电能驱动 ，一些人声称这种交通工具能够由未经专门培训的通俗人驾驶。这种交通工具通常没有在路上行进的轮子 ，这意味着你需要通过其他方法抵达航行汽车的停泊所在 ，着陆后 ，你还需要通过其他方法抵达目的地。
虽然这种航行汽车的变体无须在路上行驶 ，可是也保存其他问题：它们需要以某种方法举行充电或加注燃料。作为超轻型飞机 ，它们不允许飞越修建物上空 ，这一限制将阻碍它们在通勤中施展作用。业余航行员险些没有受过任何训练 ，但仍须遵守空中交通管制规则 ，并通过包管公司的审查。
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到现在为止 ，还没有任何一次果真演示航行爆发 ，甚至没有人声称举行过。相关的规章制度和包管条例尚未最先实验。请不要对航行汽车抱有任何迫切的理想。
自动驾驶汽车可以说是目今最值得期待的一种手艺。其面临的难题是要实验没有先例的事情。
我在一篇文章中叙述了问题的一个方面：意想不到的效果是 ，自动驾驶汽车可能会改变人类的行为方法。我指出 ，行人和其他汽车的驾驶员可能会受到引诱 ，将自动驾驶汽车看成实验反社会行为的目的。同时 ，我还指出 ，自动驾驶汽车车主也有可能会屈服于反社会行为 ，以差别于驾驶通俗汽车的方法使用自动驾驶汽车。
另一个问题是所谓的边沿情形 ，涉及提高机械人汽车能力极限。其中有些极限是事先未知的。我们确实已知的情形包括：汽车必需明确息争释暂时蹊径标记 ，好比蹊径施工忠言；回避执法条文的适当条件；叫车效劳中必需算出允许旅客拥有多大控制权；当驾驶员无法与其他驾驶员举行相同时汽车必需决议接纳何种步伐 ，好比进入一个小巷子时。
无人驾驶汽车不会简朴地替换有人驾驶的汽车。我们将装置专用车道 ，甚至会在自动驾驶汽车的车道入口处或整条专用车道上设置地理栅栏 ，以�；ぷ远菔黄得馐苡腥思菔黄档奈Ｏ� ，反之亦然。同时 ，我们还将更改旅客上下车所在、停车所在等相关规范。
自动驾驶汽车似乎突然间取得了重大的前进。然而 ，若是你回首一下 ，从恩斯特•迪克曼斯（Ernst Dickmanns）和其德国慕尼黑联邦国防军大学的同事在开放的高速公路上实现无人面包车自动驾驶至今的32年里 ，这种前进着实是渐进式的。
直至2017年 ，真正的无人驾驶汽车（无清静驾驶员）才最先在公共蹊径上行驶 ，这是Waymo（谷歌母公司Alphabet旗下的另一子公司）在凤凰城周围的拼车项目中实现的。Waymo的这个项目目今还仅处在演示阶段。
传感器的价钱仍需大幅降低 ，这类汽车的使用方法也需要确定。我们还需要修改清静规则和执法责任分派。在执法改变的同时 ，态度也必需改变。
当这些汽车通过科学实验的验证并进入商业企业时——也就是说 ，当这些汽车的制造商现实上最先从销售（无论是销售给小我私家照旧车队运营商）中赚钱时 ，自动驾驶汽车才真正有实现的证据。早先 ，这类汽车只能在有限的区域和市场内行驶 ，好比阛阓、工业园区以及其他有人驾驶的汽车不可进入的区域。在一天中的某些时段或特定天气条件下 ，这类汽车的使用可能会受到限制。自动驾驶汽车的种种问题终会获得解决 ，但比热衷者想象的要慢。
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超等高铁是另一种较难实现的手艺。这一看法是制作一条真空通道 ，载满旅客或货物的太空舱可在空气压力或磁感应线圈的作用下加速穿越这一通道。这一看法引发了许多企业家的想象力 ，也从许多银行获得了投资。但到现在为止 ，尚未有任何类似的车辆进入验证阶段 ，更不必说规�；擞�。
问题之一是怎样找到制作这样一条通道——一个超稳固密闭的圆柱体 ，直线延伸数百公里——的要领。你还需要设计太空舱 ，并能以靠近音速的速率载人运行。关闭的太空舱内需要有一个完全自力的生命支持系统。经由不�？康恼镜闶� ，太空舱需要坚持密封状态；在站点�？渴� ，要包管旅客上下车。舱内需要具备应急步伐 ，例如 ，太空舱在距离最近站点100公里处被困时 ，要能够将旅客救出 ，然后移走故障太空舱 ，以便通道重新流通。你需要与太空舱内通讯 ，而太空舱可能是一个相当严密的法拉第笼。
还要研发能�；ぢ每颓寰驳淖魏驮际枋� ，还要坚持旅客头脑苏醒——挤在加速率极高又无窗户的车厢里 ，座位上的旅客很难坚持苏醒。整个系统需要具备防震功效 ，且不受地壳板块爆发一两厘米位移导致通道细小位移的影响。并且不要遗忘 ，还需获得该蹊径的土地使用权 ，确定包管（包括明确怎样实现超等高铁自己的包管与旅客已有包管之间的协调）、谋划模式等等。
你可以以为 ，实现超等高铁的任何一个方面都不是太难题 ，可是将所有方面加在一起就会组成难题。许多新手艺和设计必需重新最先举行研发 ，然后举行验证。这方面的问题不堪枚举。
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所有手艺挑战得以解决并经由乐成验证后 ，还保存一个完全差别的问题 ，即心理问题：说服旅客进入无窗的高速系统 ，至少一最先是很难的。最后 ，即便超等高铁已经实现了清静性且功效强盛 ，可能也会有很长一段时间无法获得投资收益 ，最少比支持者预期的长得多。
有时 ，即便不保存显着的障碍 ，一项简朴手艺的希望可能也会非�；郝�。其中一个最好的例子就是我们治理互联网地点的方法。
互联网协议IPv6的寻址方法由之前版本IPv4的32位升级为128位。这样就将互联网内所有装备中潜在唯一地点的数目由40亿剧增至7.9×1028。工程师在20世纪90年月开发出这一新版本时就清晰地熟悉到 ，加入网络的装备将远远多于此前的预期——不但是盘算机 ，尚有电表、工业传感器、交通传感器、电视机、电灯开关等。设计职员泯灭了大宗的精神才把远远凌驾数万亿计的装备塞进小小的40亿装备地点空间。虽然IPv6在1996年就已完成 ，可是至今仍未完全取代IPv4。
2010年 ，人们展望2012年将完成从IPv4向IPv6的转换。2014年 ，99%的网络流量仍在使用IPv4。2017年底 ，在IPv6上运行的网络流量由缺乏2%（阿姆斯特丹国际网络交流中心使用）提高到刚刚凌驾20%（谷歌效劳的用户使用）。很显着 ，IPv6是一项正在生长的手艺 ，希望缓慢。
我的目的在于指出造成手艺难易差别的因素 ，并不是要张扬手艺失败主义。我只是建议 ，无论别人说哪一项手艺会成为下一个爆点 ，我们都要准确预计其难度。若是某个想法是建设在现实履历的基础之上 ，那么对其抱有审慎的乐观态度便顺理成章。若是不是 ，就不要盲目无邪。希望难堪 ，我们不应该铺张它。
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