上世纪60年代，美国动画情景喜剧《杰森一家》（The Jetsons）中，乔治·杰森（George Jetson）乘坐他的家用飞行汽车去上班。这辆飞行汽车在旅行结束时，奇迹般地变成了一个公文包。

  如今，飞行汽车已走出科幻电影世界，进入真实的生活中。近两年，各大飞行汽车制造商都在为自己的产品落地造势。

  简单说，它就是指“会飞的汽车”。这是一种新型陆空两用的交通工具，可以在空中飞行，也可以在陆地上行驶，能从一辆汽车变身为一架飞机。

  未来，飞行汽车作为一种新型交通工具，将为解决拥堵不堪的地面交通问题提供一种新思路，也将使人类出行变得更便捷。那时，也许我们大家可以真正地打个“飞的”出行了。

  虽然飞行汽车的蓝图相当美好，但是它要真正地投入大规模商用，仍有许多要解决的问题，例如法律和法规、空域管制、停机坪建设、配套设施、环境与安全问题等。

  今天，笔者要为大家介绍一项关于电动的“垂直起降（VTOL）“飞行汽车的新研究。这项研究于4月9日发表在《自然通信（Nature Communications. ）》期刊上。

  一辆垂直起降的电动飞行出租车在城市中心巡航的艺术图（图片来自：Dave Brenner/密歇根大学环境与可持续性学院）

  这项研究是关于飞行汽车对环境可持续性产生的影响。该研究表明：垂直起降飞行汽车并不适合像“杰森一家”那样的短距离通勤。

  然而，这项研究表明，垂直起降飞行汽车结合了“直升机垂直起降的便捷性”与“普通飞机空气动力学飞行的高效性“，在较长距离的可持续交通中扮演了一个“利基（该词是英文“Niche”的音译，表示有利可图的缺口或者商机）”角色。目前，全球有几家公司正在开发垂直起降飞行汽车的原型。

  NASA GL-10 垂直起降飞行汽车。图片展示了NASA 垂直起降飞行汽车原型的起飞和着陆悬停配置。倾转旋翼和机翼设计结合了直升机本地起飞与着陆的便捷性，以及普通飞机空气动力学飞行的高效性。（图片来自：参考资料【2】）

  来自密歇根大学可持续系统中心和福特汽车公司的论文作者们称，飞行汽车的价值特别体现在拥挤的城市中或者地理位置受限的地方，它能成为拼车服务的一部分。

  这篇论文的高级作者、密歇根大学环境与可持续性学院可持续系统中心主任格雷戈里·科雷安（Gregory Keoleian）表示：“我非常惊喜地看到，在特定情况下，垂直起降飞行汽车在能源使用与温室气体排放方面具有竞争力。”

  他说：“例如，从旧金山开往圣何塞，或者从底特律开往克利夫兰，乘满人的垂直起降飞行汽车将超越陆基汽车。”

  密歇根大学与福特公司首次评估了垂直起降汽车的综合可持续性，研究了垂直起降汽车与陆基乘用车在能量使用、温室气体排放、时间节省方面的对比。尽管垂直起降飞行汽车在飞行期间的排放为零，但是它们的电池还要发电机产生的电力。

  研究人员们发现，在100千米（62英里）的旅程中，一辆满载的垂直起降汽车携带一名飞行员和三名乘客，比平均载客量为1.54的陆基汽车所排放的温室气体要少。垂直起降汽车的排放量比燃油车低52%，比电动汽车低6%。

  论文第一作者、密歇根大学环境与可持续性学院研究生阿克沙特·卡斯利瓦尔（Akshat Kasliwal）认为，这些发现将帮助指导一种新兴的行动系统在商业化之前进行可持续的部署。

  卡斯利瓦尔表示：“通过这一些垂直起降飞行汽车，我们有机会协调可持续性与商业应用之间的关系。这种飞行汽车不仅载客量高、排放少，还有利于经济效益。进一步说，消费者可以被激励去共享旅程，因为飞行所花费的时间相比开车要少很多。”

  在未来几十年，全球交通运输业面临着严峻挑战，不仅要满足日渐增长的乘客出行便捷性需求，同时也要减少拥堵，改善安全和减轻气候变化。

  电动汽车和无人驾驶能在部分程度上实现这些目标，但是受到现有道路的拥堵限制。垂直起降飞行汽车有望突破这些限制，开启有人驾驶出租车服务或者城市和区域空中的其他旅行服务。

  几家航空航天公司和勇于探索商业模式的公司，例如空中客车公司（Airbus）、波音公司（Boeing）、乔比飞机制造公司（Joby Aviation）和德国Lilium公司，以及美国国家航空航天局（NASA）等机构已经开发出垂直起降飞行汽车原型。促成这些飞机效率的重要的条件就是分布式电力推进（DEP），它采用了几个小型电驱动推进器。

  密歇根大学与福特公司的研究人员们采用来自这些机构以及其他机构的公开信息创造出一个基于物理学的模型。该模型计算了电动垂直起降飞行汽车的能量使用和温室气体排放情况。

  密歇根大学工学院硕士生、这篇论文的合著者诺亚·福布什（Noah Furbush）表示：“我们的模型代表了垂直起降飞行汽车航空的总体趋势，并采用来自多项研究以及飞机设计的参数，指定重量、升阻比和电池特定能量。”

  福布什也是密歇根大学足球队成员，他说：“此外，我们展开了灵敏度分析，研究这些参数的界限以及其他因素，例如电力碳排放强度和风速。”

  这项研究开始于卡斯利瓦尔和福布什在福特公司暑假实习的时候。当这些学生回到安阿伯时，在福特公司和密歇根大学联盟的资助下，继续着这项研究。

  研究人员们分析了垂直起降飞行汽车的五个飞行阶段：起飞悬停、爬升、巡航、下降和着陆悬停中的一次能源使用和温室气体排放情况。

  垂直起降飞行汽车的飞行过程图。垂直起降飞行汽车的每个飞行阶段拥有不同的行驶时间、速度和功耗。（图片来自：参考资料【2】）

  这些飞机在起飞和爬升阶段使用的能量很多，但是在巡航阶段（速度达150英里/小时）相对节能。

  结果就是，长途旅行（巡航阶段成为飞行中最主要的部分）中，垂直起降飞行汽车的能效最高。然而，对于较短的旅程，低于35千米（22英里），单乘客内燃机车辆比单乘客垂直起降飞行汽车使用的能量更少，排放的温室气体也更少。一个重要原因是，陆基汽车平均通勤距离仅为约17千米（11英里）。

  车辆行驶公里数与温室气体排放量之间的关系。垂直起降飞行汽车（VTOLs）、陆基车辆：内燃机汽车（ICEV）和蓄电池电动汽车（BEV）的温室气体排放量与行驶公里数之间的关系。（图片来自：参考资料【2】）

  密歇根大学环境与可持续性学院研究生、论文合著者吉姆·加夫龙（Jim Gawron）表示：“结果就是，垂直起降飞行汽车比燃油车更具可持续性的旅程，只占据了车辆在地面行驶的年度总里程的一小部分。因此，垂直起降飞行汽车在可持续行动系统中的贡献和作用有限。”

  不足为奇的是，垂直起降飞行汽车完成100千米的基本旅程比陆基车辆要快很多。垂直起降飞行汽车的点对点航行路线，且速度比陆基汽车更快，使它节省了80%的时间。

  福布什表示：“总的来说，不久的将来，飞机的电气化有望根本上改变航空航天工业。”

  这项研究的作者们指出，为了评估垂直起降飞行汽车的可行性，包括成本、噪音和以及社会和消费的人的接受程度，许多其他的问题仍然有待解决。