2023年技術領域新動向:飛行出租車和衛星電話

國家點火裝置產生的等離子體
產生等離子體並控制它是聚變反應的核心問題

12月5日星期一凌晨1:03,加利福尼亞的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)發出地球上最強力的激光,那是一次震驚世界物理界和其他領域的試驗。

激光聚焦一個像一粒胡椒大小的燃料容器,產生的高溫和壓力引發聚變反應,核聚變也是太陽能量的來源。

在加州的國家點火設施(NIF)之前就做過類似試驗,但在這次試驗中,來自聚變反應的能力超過了引發反應的激光能量。

對於研究人員來說,這是個標誌性的時刻。不過要聚變反應堆用於民用發電,還是任重道遠。這次試驗只是展示了能夠奏效的物理原理。

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的主任金·布迪爾(Kim Budil) 博士說,「我們朝獲得清潔能源邁出了第一步,這是能夠給世界帶來革命的研究。」

國家點火設施
國家點火設施使用激光產生了聚變反應

聚變反應堆有極其誘人的前景。它只需要很少的燃料,不會製造任何溫室氣體,幾乎沒有放射性核廢料。目前世界上的核反應堆都會產生放射性核廢料。

聚變反應

國家點火設施的成功觸動了10多家私營公司,他們希望將來能建造商業用途的聚變反應堆。

在英國的一個私營項目希望在2023年取得進展。在牛津附近成立了一個名為First Light Fusion的公司,他們找到了製造聚變條件的新方法。

他們的辦法是發射小鋁盤,以每秒20公里的速度衝擊一個特殊設計的靶標。靶標裏面有聚變所需的燃料。

靶標被擊毀的時候產生能夠激發聚變反應的巨大壓力波。

去年早些時候該公司取得了巨大的進展,First Light公司證實他們使用上述方法製造出聚變反應。

First Light Fusion公司的Machine 3裝置
First Light Fusion公司高速向靶標發射物體產生撞擊,產生聚變條件

2023年該團隊將開始使用一個規模大得多的反應堆Machine 4,他們希望能夠用這個反應堆突破聚變的魔幻門檻,即所謂的「淨能量增益」,也就是聚變釋放的能量超過輸入的能量。

這個公司正在和其他十多家公司進行一場競賽,爭相率先實現這種聚變,但是該公司的創始人堅信他們在沿著正確的路徑推進。

這家在牛津的核聚變公司的聯合創始人兼首席執行官霍克(Nick Hawker)博士說,「我認為在2023年我們會做出重大的戰略性改變,即從一個複雜重要的試驗階段朝商用聚變能量的目標發展。」

與此同時在美國,在2023年初也會有另外一個關於聚變的重要宣佈。

美國政府將宣佈哪家私營公司將獲得5千萬美元的資助,建立一個試行的聚變工廠。他們的目標是在2030年代初獲得一個能夠運行的聚變反應堆。

未來的飛行是這樣?

構想圖:Vertical Aerospace的電動飛機飛越倫敦上空
Vertical Aerospace公司城市航運服務的構想圖

想象一下,一架飛機能像直升機那樣起飛和著陸,但卻沒有直升機那樣的噪音,高昂的造價和排放。

研發所謂的電動垂直起降飛機(eVTOL)的公司就有這樣的設想。

這種飛機是為短途飛行設計,載客量也不多,全世界有十多家公司進行這樣的研發,他們認為對這種新型飛機有很大需求。

這些公司認為電動垂直起降飛機能夠減少飛行成本,因為電動馬達運行成本和維護成本都比直升機發動機更低廉。

除此之外,他們還說這種新型飛機噪音更低,沒有排放。

在布里斯托的垂直航天(Vertical Aerospace)公司就希望進入這個新領域發揮作用。

藝術構想圖:Vertical Aerospace在停機坪上的電力飛機
Vertical Aerospace今年將進一步測試他們的eVTOL樣機

該公司的VX4樣機去年早些時候升空試飛。在首次試驗中,這架飛機用繩索連接地面,升空盤旋了十分鐘。

不過真正的進展要在2023年的一系列試飛中實現。這架飛機將從垂直起飛狀態進入向前飛行狀態,飛行高度將更高,速度也會更快。

試驗的目的是為VX4機型取得運行證書,讓這種飛機在2025年能夠載客飛行。

德國公司Volocopter也計劃在今年公開測試飛行他們的VoloCity機型。該公司希望在2024年取得許可證,然後在新加坡,巴黎和羅馬推出空運服務。

Lilium公司的電動垂直起降飛機原型機
Lilium使用了電力噴氣引擎,方便飛機從垂直起飛向水平推進轉換

在今年,Lilium公司計劃製造他們自己的電動垂直起降飛機。這家公司也設在德國,他們自2017年以來共測試過5種樣機。

他們沒有像Vertical Aerospace和Volocopter那兩家公司那樣使用螺旋槳,而是使用了30個電力噴氣發動機 ,這些噴氣發動機一起轉向,讓飛機從垂直起飛狀態進入向前飛行狀態。

所有這些項目都要獲得航空監管當局的證書,那將是個繁瑣,耗費巨大的過程,他們可能需要數年才能獲得飛行許可證書。

電訊信號盲點的終結?

BlueWalker 3衛星凖備裝運
AST移動公司在得克薩斯州的工廠製造自己的衛星

即使在發達的富裕國家,都有一些電訊信號不強或沒信號的地方,人們在那裏就無法使用手機。

在世界上許多貧窮國家和偏遠的地方,億萬人口沒有電訊信號覆蓋,那是個巨大的,等待開發的市場。

在美國得克薩斯州的AST太空網絡寬帶服務公司(AST SpaceMobile)計劃要填補手機市場這塊空白。

在手機行業最大的一些公司,包括AT&T和Vodafone的支持下,該公司正在研發一種技術,讓手機直接同衛星連接,打電話或用5G速度使用數據。

目前他們有一顆低軌的測試衛星,今年他們計劃發射另外5顆衛星。這些衛星能地提供斷續性信號覆蓋,可能在2024年當他們有100顆衛星在軌道運行的時候,就能提供全球不間斷的信號服務。

AST不會直接向客戶出售服務,而是和手機服務供應商合作,作為額外選項提供衛星信號覆蓋服務。

這種服務將對馬斯克研發的衛星寬帶服務星鏈(Starlink)構成挑戰。星鏈需要在地面設小型衛星天線同衛星寬帶信號連接。

AST公司希望用他們直接用手機聯繫衛星的方便性,合理的價格吸引客戶。

AST太空網絡寬帶服務公司的首席戰略官斯科特·維斯聶維斯基(Scott Wisniewski)說,「信號覆蓋空隙是個現實存在的問題。因此迫切需要有解決方案,需求市場也很大。這就是我們為什麼能夠從移動網絡運行商那裏得到如此多的支持」。