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把航空航天技術裝進一輛車,需要幾步?

在很多人看來是「黑科技」的東西,最終也會走入大眾,為人們帶來普惠。

1980 年,一位美籍華裔博士所研究的航天技術得到了一次突破。

這位博士名叫唐鑫源,將在美國學習的高分子化學和太空服結合在一起,產生了一個絕佳的功能:可吸收儲存 1400 毫升液體。

這個功能可以說是解放了所有宇航員。因為在此之前,宇航員的排泄問題一直困擾著無數人。

第一位上太空的加加林,登上發射架之前穿著宇航服尿在了汽車輪胎上;同年,美國首位宇航員謝潑德成為了人類歷史上第一個在宇航服裡尿褲子的人。這個尷尬的現象得以打破,宇航員也終於不用帶著塑膠袋排便了。

「尿不濕」之父唐鑫源 | 圖源網絡

高分子材料和太空服,這兩樣東西看著離我們日常的生活太遠,可現在它以一個隨處可見的產品展示在人們面前——尿不濕。僅 30 年左右的時間,一項用在宇航員身上的黑科技就被嬰幼兒使用,科技傳播的速度不可謂不驚人。

在科技界,英特爾創始人之一戈登·摩爾提出以自己命名的摩爾定律,意為集成電路上可容納的元器件的數目每隔 18-24 個月便會增加一倍,性能也將提升一倍,且價格不變。

而在歷經百年的汽車產業看來,航天技術一直像是擁有雄厚研發實力的高科技裝備,可望而不可及。但這些科技卻在歷史發展中不經意間回到民用,加持在了汽車的創新功能中。於是,越來越多的航天科技開始落地,更重要的是他們找到了更多同屬性的汽車產品,成為了汽車產業技術革新的「加速劑」。經過逐漸有序的引導,讓這種落地速度不斷加快。現在,航天科技的應用已經成為了汽車科技發展不可缺少的一環。

戰鬥機「點燃」HUD

1918 年,德國為了讓飛行員更好地瞄準目標,在戰鬥機座艙正前方加裝了瞄準具。這個反射鏡瞄準具能夠覆蓋飛行員的平視視野,因此也被稱為平視顯示器或抬頭顯示器(Head Up Display,HUD),這是最早的 HUD 形態。

時間線拉到二戰時期,20 世紀 40 年代早期,負責英國雷達開發的電信研究機構(TRE)將雷達顯示界面投射到飛行員駕駛視線內,在夜間也可以瞄準,以便更好地操作飛機的同時觀察和打擊目標。由於其獨特的光學結構,標記與目標的相對位置不會隨觀察角度改變有較大變化。

反射鏡瞄準具的縱向橫截面(1937 年德國戰鬥機搭載) | 維基百科

戰爭在一方面促進了科技的發展,另一方面,科技本身發展速度也在加快。二戰之後,有了更先進的機載計算機的幫助,HUD 可以顯示的信息也更加豐富。飛行員可以在 HUD 中讀出飛機的各種狀態,例如航向、航速、雷達提供的敵機信息等,HUD 可在飛行員視野中跟隨敵機位置顯示各種輔助符號。

1958 年,英國皇家海軍首次在 Blackburn 艦載攻擊機上將高度、空速、槍瞄準、炸彈瞄準集成在一台顯示器中,並通過 HUD 投射到飛行員視野內;同年,美國海軍的 A5 Vigilante 攻擊機實現了搭載能夠為駕駛員提供豐富信息的 HUD 系統的量產,這才算是我們現在常說的 HUD 系統的初代完整形態。

一般來講,我們把 HUD 系統分為四代,第一代 HUD 系統使用陰極射線管(CRT)顯示器在螢光幕上生成圖像。很多 HUD 系統目前仍在使用 CRT 顯示器,而它的缺點在於,螢光幕塗層的質量會隨著時間的推移而下降。

當戰鬥機普及 HUD 之後,商用飛機也漸漸開始啟用。1975 年由法國達梭飛機公司首先使用在 Mercure 飛機上面率先安裝 HUD 系統;到了 70 年代末,美國一些飛機生產商乾脆把 HUD 作為標配系統裝在了客機上。

20 世紀 90 年代飛機上的 HUD 顯示器 | 維基百科

在商用飛機之後,HUD 技術得到了成熟的認證,越發快速地探入尋常百姓家。

1988 年,HUD 第一次登上了汽車的舞台。通用把 HUD 作為一項安全駕駛輔助配置安裝在 Cutlass Supreme 車型上。

1988 年推出的 Cutlass Supreme 成為了首輛搭載 HUD 的汽車 | 維基百科

在當時,汽車上的 HUD 系統可以說是黑科技配置,儘管最開始採用的是戰鬥機的 HUD 顯示技術,僅能顯示時速信息,並且顏色單一,但它出現的意義重大,1918 到 1975,再到 1988 年,長達 70 年的 HUD 技術發展經歷了完整的三個階段,開始向汽車方面進攻。

與飛機一樣,駕駛汽車時如果用平視取代低頭看到儀表盤上的信息,司機會更加集中注意力,這是 HUD 的天然優勢之一。

然而,應用光學折射原理的 HUD 系統雖然能夠達到平視,但顯示內容單一,且位置靠近司機視線前端,需要司機的眼睛在近處對焦,時間一長容易造成視覺疲勞。

因此,W-HUD 和 AR-HUD 成為了目前最適合的替代產品。前者使用汽車的擋風玻璃為顯示設備,顯示效果更為一體化,可以將顯示數據的焦距調整為無限遠。這樣,駕駛者長時間使用對視覺不會造成疲勞。

大陸推出的 HUD 產品 | 大陸官網

AR-HUD 則是 AR 技術的延伸應用,導航時可以直接將信息顯示到 HUD 上,並融合實際的路況場景進行顯示,更加形象生動。對於廠商和消費者來說,這兩種方案成本略高,且技術並不成熟,目前還沒有被車企大規模應用。

AR-HUD 導航 Demo | 圖源網絡

兩條時間線「引爆」導航系統

相比 HUD,定位系統的出現則要更晚一些,但應用的速度反而更快。

20 世紀 60 年代,GPS 系統就開始投入使用。第一個衛星導航系統是 Transit,這是美國軍方部署的系統。Transit 的操作基於多普勒效應:衛星在固定的路徑上行進並在固定的無線電頻率上廣播其信號。由於重力場和雷達折射等變化,衛星軌道位置會有一些誤差。衛星相對於接收器的移動,接收頻率將與廣播頻率略有不同。1970 年至 1973 年,佛羅裡達州航空航天部團隊解決了這些問題,使用實時數據同化和遞歸估計,將系統誤差和殘差誤差縮小到可管理的水準,以允許精確導航。

GPS概念圖 | 維基百科

衛星導航的最初動機是用於軍事應用。衛星導航可以精確地向目標運送武器,大大提高了殺傷力,同時減少了誤導武器造成的無意傷亡。在 20 世紀 80 年代早期,有多顆精確導航的衛星,大多涉及軍事用途。但直到 2000 年,精確的 GPS 導航才開始向公眾開放。

值得注意的是,自 20 世紀 80 年代初以來,公共可用的 GPS 設備已經存在。但軍方增加了對信號的干擾,以確保他們的版本是唯一可以用於任何精度的版本。經過四年的審議,當時的美國總統克林頓於 2000 年簽署了一項法案,要求軍方停止爭奪平民使用的衛星信號。這使得已經存在的定位系統的準確度立即提高了 10 倍,並為後來導航系統的繁榮定下了基礎。

自 1978 年以來,有超過 50 顆衛星進入軌道 | 維基百科

從 2000 年的時間點回頭看,其實汽車在衛星導航出現之前就開啟了嘗試,儘管現在看來這些方法很拙劣,但也有它相應的應用價值。

比如第一個在汽車上出現的導航系統——Iter Avto。這是一個「地圖引導工具」,沒有衛星,沒有語音提示,甚至沒有方向。它是 20 世紀 30 年代的產物,主界面是一張紙質地圖,通過顯示器,也就是一個框來滾動紙質地圖卷軸,並連接到速度計的電纜控制滾動速率。這套導航系統的優勢在於,如果你標記對了起點位置,它在路上總是能給出車輛所在的準確位置。缺點在於,換一條路的時候,就要拿出一套對應新路線的卷軸。

第一個在汽車上出現的導航系統——Iter Avto | 圖源網絡

80 年代,本田推出的 Electro Gyro-Cator 導航裝置被看作是第一個真正的導航工具。它的內部搭載了一顆小型氦氣陀螺儀,只要手動標記好起點和方向,6 英寸的單色螢幕上就會顯示出車輛所在的位置。問題在於,這套裝置太貴了,2750 美元,是車輛本身價格的 25%。

Electro Gyro-Cator | 圖源網絡

從 Electro Gyro-Cator 起,豐田、馬自達、通用、Garmin 都在 80、90 年代推出了自己的導航定位系統,甚至有些已經使用上了衛星定位,但由於美國政府在 2000 年之前故意限制 GPS 功能,才有了這個時間點的交集。

此後,衛星定位導航技術只能用突飛猛進來形容,用一個智能手機就能獲取精確的交通信息,成為了無數司機的首選。

從航空航天發跡,逐漸應用到汽車領域的例子還有很多。這個大號移動空間產品搭載的功能與航空航天技術的結合,可能要比其他領域更緊密一些。尤其在智能汽車時代,智能網聯、智能駕駛、材料輕量化等層面都可以為汽車帶來全新的體驗,諸如線控技術、ACC 自適應巡航與碳纖維材料,均是航天領域經過成熟應用帶來的便利。在很多人看來是「黑科技」的東西,最終也會走入大眾,為人們帶來普惠。

而從以上兩個例子,不難看出科技發展、下放到大眾的速度越來越快。HUD 從一戰就開始出現雛形,直到 1988 年才應用到第一輛汽車內;衛星定位 60 年代才正式投入使用,80 年代已經搭載在汽車上供消費者們解決剛需問題。

速度成為了汽車技術發展的其中一項標準。在世界各國大力發展航天科技的階段,中國航天也不例外,甚至直接與汽車品牌合作,爭取用最快的速度達到助力作用。

2019 年 4 月 24 日「中國航天日」,WEY 品牌與中國航天基金會、中國運載火箭技術研究院正式簽署戰略合作協議,汽車品牌首次成為中國航天事業合作夥伴,達成中國首次海上發射合作夥伴關係,同時將今年進行海上發射的驗證火箭命名「CZ11-WEY」號,也是長征系列運載火箭首次與企業品牌聯名命名。

WEY 品牌與中國航天戰略合作 | 現場拍攝

同時,中國航天與中國汽車首次聯手打造的「聯合技術創新中心」, 旨在促進彼此領域尖端技術的相互融合。二者將聯手把用在航天的技術融合進汽車內,雙方科研技術打通,助力航天事業發展的同時,也將技術逐步應用於 WEY 品牌後續產品中。

中國航天與 WEY 合作達成的四個「首次」 | 現場拍攝

具體到產品應用方面,WEY 將結合航天科技的空氣動力學,為車輛帶來更低的風阻系數,以提升燃油經濟性;同時借鑒航天安全結構設計的流程、經驗及標準,從安全結構設計、整車安全試驗驗證等多方面開展技術合作,從航天安全結構設計中汲取經驗,以此提升 WEY 品牌車型安全性能。

WEY 成為中國航天事業合作夥伴 | 現場拍攝

當前,航天技術應用在汽車上已經不是一件新鮮事,但對國產品牌來說,這個領域還有很長的路要走。WEY 與中國航天的合作算是一次典型的「互補」,彌補了汽車行業的一些創新,也在某種程度上減少了科技從一個產業到另一個產業的過渡層級。

而在未來,我們可以預見到的 5G、自動駕駛、智能汽車等一系列科技的結合,會不會與導航定位系統一樣,創造出一個能讓歷史銘記的時間點?

答案呼之欲出。但首先我們可以確定的是,國產品牌之間的合作,勢必會讓科技「落地」的時速飆增,成為一股不可忽視的「中國力量」。

此次「中國力量」的彼此攜手,就展示了雙方對於技術融合發展的信心,相信過不了多久,我們就能見證一項科技的「中國速度」。

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