喷气背包和飞行汽车可能更像是科幻小说（以及，呃，一些杂志）里的物品，而不是停在你车库里的东西。1924年，《大众科学》曾预测空中汽车将在20年内实现，但这种乐观并非没有根据：发明家们一个多世纪以来一直在潜心研究革命性的交通方式。超级高铁的起源可以追溯到19世纪70年代。巡航控制系统在20世纪50年代首次亮相。第一批飞行汽车原型机在同十年间起飞。而在60年代，贝尔实验室开发了喷气动力背包原型。这些未来的通勤方式仍在努力满足大众市场的期望：安全吗？可靠吗？便宜吗？以下是我们出行梦想的现实评估。
飞行汽车
什么在阻碍？
飞行汽车的意义在于便利性：可以飞越拥堵，而不是困在其中。这意味着飞行器的推进技术必须足够强大，能够起飞，同时还要安全、安静、灵活，以便能在郊区车道上着陆。
虽然初创公司已经开发出了巧妙的飞行方案，但还没有一家找到 汽车与飞机之间的最佳结合点。硅谷公司Opener有一款单人飞行器，使用八个旋翼垂直起降，但它没有轮子，因此更像个人直升机，而不是可以在路上行驶的交通工具。波士顿地区的初创公司Terrafugia制造了Transition，这是一款带有可折叠机翼的双座飞行器。展开机翼后，它可以在9000英尺的高度飞行400英里。但有个问题：起飞需要跑道。
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即使技术成熟，繁琐的审批手续也可能让汽车停在地面上。美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）和联邦航空管理局（FAA）必须批准飞行汽车。垂直飞行协会（Vertical Flight Society）工程联盟的Michael Hirschberg表示，审批至少还需要十年时间。Terrafugia是离完成文件提交最近的公司，而Opener仅在加拿大获得了许可。
概念与原型
我们可能还没有大众市场的飞行汽车，但几十年来我们一直在解决这些技术难题。
1949年：尽管FAA的前身认证了Moulton Taylor的Aerocar是安全的，但它从未投入生产。这有情可原：驾驶员在起飞前必须安装螺旋桨和15英尺长的机翼。
2000年：Paul Moller的M400 Skycar在2000年3月的杂志上大篇幅报道。这款单座飞行器依靠四个风扇提供动力，可以“从你的后院起飞”。但它至今仍未实现。
2018年：Uber Air多旋翼飞行器可以垂直起降。该公司计划于2020年在洛杉矶和达拉斯部署空中出租车队，但这些车辆将被限制在城市的特定起降区域。
前景技术
1. 更好的电池
飞行汽车需要使用电力驱动，以免引擎的噪音打扰郊区居民。但如今最好的电池——例如Terrafugia使用的锂离子磷酸铁锂电池——的能量密度仅为燃料的2%。大多数初创公司会增加电池组，但这会增加需要悬停的飞行器的重量。空中轿车的突破将是固态电池技术。固态电池能承受更高的温度，而更热的电池可以携带更多能量。麻烦在于，没有人能够制造出能够保持充电的固态电池。
2. 更强的动力
垂直起降对于空中汽车来说是最有意义的。然而，使用单个电机或发动机来提升底盘和乘客会消耗大量能量。对于即将推出的Nexus混合动力飞行器，贝尔航空系统公司借鉴了无人机普及的一种高效起飞方案：四旋翼。在这种配置中，多个螺旋桨共同分担载荷并帮助稳定飞行器。Uber计划推出的空中出租车也将采用相同的方式起飞，然后利用固定翼在空中巡航。
超级高铁
什么在阻碍？
超级高铁的胶囊在磁轨上以声速沿地下气动管道飞驰。或者正如埃隆·马斯克在2013年首次亮相时在推特上所说：“协和式飞机和轨道炮的结合。”
马斯克认为，如果几个团队同时致力于他的宏伟想法，成功的机会会更大，因此他将该项目开源。同样有帮助的是：所需硬件的现有版本已经存在。电动机将驱动胶囊沿铝制轨道前进，磁铁将提供悬浮，大量的传统真空泵将抽出超级高铁隧道中的所有空气，以创造几乎无摩擦的环境。
最大的物理挑战是挖掘通道，但这更多是经济问题而非技术问题。马斯克负责这项艰苦工作的公司Boring Company估计，每英里的隧道成本为10亿美元，但这可能是一个低估：考虑到纽约市建造第二大道地铁线每英里花费了25亿美元。
超级高铁项目也经历过反复尝试。Boring Company在洛杉矶西部放弃了计划，以免卷入与当地居民的法律纠纷。然而，一些公司仍持乐观态度。Hyperloop Transportation Technologies将于今年在中国和阿联酋破土动工，首席执行官Dirk Ahlborn已经开始谈论上线日期。热情是好的，但我们甚至还没有看到一次试运行。
概念与原型
通过地下真空管道实现快速通勤的梦想已有近150年的历史。
1870年：发明家Alfred Ely Beach获得了他的气动传输技术专利，该技术由埋在地下的真空管两端的强大风扇提供动力。他秘密地在纽约市建造了一个演示隧道。
1970年：Tracked Hovercraft曾计划将伦敦到爱丁堡的行程缩短至90分钟。振荡磁场本可以使这个被放弃的概念以100英里/小时或更快的速度飞驰。
2010年：Max Schlienger的Vectorr火车沿着磁轨漂浮，由真空泵提供的气压提供动力。他在加州纳帕的葡萄园里运行着一个一比六的比例模型。
前景技术
1. 精巧的悬浮
超级高铁将通过Inductrack轨道等悬浮方案在轨道上方漂浮。该系统不依赖两组相互排斥的磁铁来提升胶囊，而是将一组磁铁以直角放置在火车底部——这种矩阵称为Halbach阵列——并将线圈放置在轨道上。在低速时，电机沿着轨道滑动胶囊。在约45英里/小时的速度下，汽车和线圈之间会形成一个电磁场，使火车抬升。
2. 真正的振金
以马赫数1的速度定期行驶会使许多材料弯曲或破裂。相反，Hyperloop Transportation Technologies用一种名为Vibranium的专利复合材料覆盖其胶囊。（是的，就像《黑豹》中为瓦坎达提供动力的虚构矿石一样。）这种碳纤维基化合物不仅比钢强10倍，而且重量只有钢的五分之一。此外，遍布其中的传感器会检查结构完整性。
喷气背包
什么在阻碍？
1958年，《大众科学》预测人类“像鸟一样飞行的古老梦想……可能比我们想象的更近”。不到三十年，喷气背包试飞员William Suitor在1984年洛杉矶奥运会开幕式上进行了悬停飞行。即便如此，我们的预测还是有点夸张：Suitor的辉煌时刻——由于效率低下和120磅的装备——持续了20秒。
喷气背包自Suitor的表演以来一直在缓慢发展。他的模型使用加压过氧化氢作为燃料，而今天的火箭服则依赖更高效的煤油或柴油来飞行10到20分钟。但现代飞行器在其他问题上的进步微乎其微。作为真正的火箭，喷气背包非常嘈杂；Suitor的腰带发出130分贝的尖叫声，而Jetpack Aviation目前的型号为120分贝，声音略有减弱。它们也很重。Jetpack Aviation首席执行官David Mayman在2015年飞越自由女神像时使用的机器重85磅——有所改善，但仍然非常笨重。而且，即使你的身体能承受重量，你的钱包也可能无法承受其价格。入门级喷气背包的价格约为250,000美元。
概念与原型
让喷气背包起飞是比较容易的部分。让它们保持飞行还需要一些努力。
1958年：美国陆军委托犹他州Thiokol Chemical Corporation开发了Project Grasshopper——一个粗糙的火箭腰带。该装置使用五个氮气罐提供一分钟的飞行时间。
1961年：飞行员Harold Graham身着Small Rocket Lift Device飞到了112英尺的高度。该装置由贝尔航空系统公司开发，其推进剂储存在现成的气罐中。
2009年：Raymond Li的Jetlev-Flyer是第一款上市的水力喷气背包。但有个问题：30磅的装备通过软管连接到一艘船，船上装有发动机，用于泵水产生推力。
前景技术
1. 电传操纵
有翼飞行器通过可调节的襟翼进行转向。过去，这些系统使用滑轮和电缆等机械硬件，但新的“电传操纵”技术用电子开关和电机取而代之。飞行器更轻巧、更灵活，飞行员不再需要拉扯电缆进行操纵。向左转？转动操纵杆或按一下按钮。Martin Aircraft的喷气背包使用这项技术。“当我悬停时，几乎可以完全放开控制，”试飞员Paco Uybarreta说。
2. 微型发动机
要实现超过20秒的人类飞行，需要比加压燃料更好的东西。涡轮喷气发动机是小型化的燃气或柴油发动机，通过涡轮压缩空气产生推力。它们的功率重量比有助于减轻喷气背包的重量。Jetpack Aviation喷气服上的发动机重20磅，产生180磅的推力——足以让发动机，加上燃料、飞行系统和飞行员的额外重量，升空。
自动驾驶汽车
什么在阻碍？
2018年初，自动驾驶汽车似乎已经准备好上路了。然后，一辆自动驾驶的Uber在亚利桑那州坦佩撞死了一名女性。事故让人们感到担忧，并凸显了这项技术的重大缺陷：在所有条件下都无法可靠地识别危险。即使是突如其来的眩光也会影响汽车的感知。
全时自动驾驶依赖一系列技术。GPS告诉汽车最佳路线，而传感器——雷达、激光雷达和摄像头——会侦测障碍物。人工智能计算机处理这些输入信息，做出快速决策：是急刹车撞到人，还是冲过去撞到一片树叶。
车辆必须接受数十万小时的训练，以了解各种条件下每一种可能的危险。汽车制造商可以通过将原型车 放到道路上 来更快地积累这些时间。这是Uber采取的方法，但在2018年事故发生后，他们踩了刹车。他们将在今年晚些时候在匹兹堡进行更保守的重新上线。汽车将在白天、晴朗天气下，且速度低于25英里/小时的情况下行驶。当Uber重新启动时，谷歌分拆出的Waymo可能成为赢家：它正在25个城市进行测试，并在去年12月在大凤凰城地区推出了自动驾驶出租车服务。
然而，全天候运行的车型还需要数十年才能实现。“要实现一辆可以在雨雪天气下以65英里/小时行驶的汽车，还需要很长时间，”密歇根大学自动驾驶汽车测试主管Huei Peng说道。Waymo的首席执行官最近做出了更悲观的预测：这可能永远不会实现。
概念与原型
自20世纪中叶以来，机器人一直在驾校学习，但它们仍然没有准备好毕业上公共道路。
1958年：工程师们将自动驾驶的程度从零（完全由人类控制）到五（完全由机器人驾驶）进行衡量。第一步是把脚从踏板上移开，就像20世纪50年代末克莱斯勒汽车推出巡航控制时驾驶员所做的那样。
1989年：当汽车达到2级时，它们学会了“看”世界并识别基本危险。卡内基梅隆大学ALVINN（一辆改装过的救护车）上的传感器和计算机大脑让它能够导航校园。
2007年：要达到3级或更高，汽车必须在几乎无需帮助的情况下处理路线。卡内基梅隆大学的Boss成功完成了55英里包含交通信号灯和其他车辆的测试路线。
前景技术
1. 更便宜的传感器
电子眼睛提供了完整的道路图像，但高分辨率摄像头、雷达、激光雷达和其他传感器的总成本（保守估计）为75,000美元。光学工程师正在研发更便宜的版本。例如，Waymo声称其制造了一个成本仅为7,500美元的屋顶旋转激光雷达。自动驾驶汽车公司对内部研发情况守口如瓶，但随着工程师们的不断努力，成本将进一步下降。
2. 更聪明的移动大脑
无人驾驶汽车利用一种称为神经网络的人工智能来解析传感器数据并转化为导航指令。这种类大脑的系统必须在各种天气和光照条件下识别出 每一个闯红灯行人的身影，然后——在几毫秒内——做出转向、刹车或继续前进的决定。程序员自20世纪80年代以来一直在训练神经网络进行驾驶，但使用的是老旧、缓慢的芯片。如今，部分得益于视频游戏，图形处理器已经足够快，可以“阅读”道路。
本文最初发表于《大众科学》2019 年春季刊的交通运输专刊。
