Roadster Rocket 解剖：冷氣體推進、主動吸力與 600 L 超高壓儲氣

2026-10-15 Tesla 在德州 Waco 的發表會展示了 Roadster 倒掛坡道、空中翻正落地，以及飛越五台車的 kickflip。這頁用同一個物理模型（CoolProp 真實氣體物性 + 理想氣體噴嘴流 + 剛體模擬）驅動每一張圖的讀數與動作。

判定：技術可行，但只在「秒級脈衝」的尺度上。冷氣體推進、2 g 主動吸力與 690 bar COPV 都是成熟技術，組合起來足以做出發表會上的倒掛、翻滾與跳躍；它們同時也把「飛行」限制在每次 2–3 秒、一罐氣只夠一次半的彈道動作。

313 kg600 L · 690 bar 空氣（真實氣體）

151 kg減壓閥失壓前可用（48%）

4.3 s全重懸停上限

84 kg一次跳躍＋翻滾＋減速著地

1.92 g風扇吸力（天花板剩 0.92 g 正壓力）

40 MJ瓶內儲能 ≈ 9.5 kg TNT

公開資料：Tesla 發表會直播（youtu.be/qt5p-_tE8d0）、TechCrunch、Electrek、Tech Insider、Yahoo Finance 報導：10 顆冷氣體推進器、600 L 壓縮空氣（Lars Moravy）、COPV、吸力最高 2 g、0–60 mph 0.81 s。本頁的假設：整車 2,000 kg、690 bar（2018 年 SpaceX 套件的設計壓力）、推進器尺寸與配置、風扇曲線與裙邊間隙、五台車的排列順序。圖 3、圖 4 是可拖曳的 3D 剛體（anatomy 3D mode），圖 1、圖 4 的噴流是 WebGL 體積著色。

推力錶針：稱重元件讀到的推力減壓閥 → 電磁閥 → 穩壓室 → 噴嘴，一條直線沒有燃燒，推力只來自把高壓空氣經收斂—擴張噴嘴加速到超音速。以 Tesla 公布的 10 顆推進器與「推力為輪胎抓地力 4–5 倍」反推，一顆後方主推進器在 100 bar 穩壓室壓力下約需 18.2 cm 出口、6.4 cm 喉部：推力 49.1 kN、每秒吞掉 77 kg 空氣、Isp 只有 65 s（火箭引擎的五分之一）。氣體在噴嘴內等熵膨脹，出口靜溫只剩 77 K，低於空氣露點：噴流會出現冷凝霧，必須使用極乾燥的空氣。壓力低於約 35 bar 時噴流與壁面分離、推力驟降；高於設計值則欠膨脹、噴流外鼓。

壓力錶針（0–700 bar，粗刻線＝減壓閥失壓點 110 bar，細刻線＝一次跳躍後）三支 200 L 碳纖維纏繞氣瓶，共 600 L600 L、690 bar 的空氣在 300 K 下有 313 kg（真實氣體，CoolProp；理想氣體會高估 53%）。放氣幾乎是絕熱的：瓶內溫度隨壓力一路降到 189 K，而減壓閥要把穩壓室維持在 100 bar，瓶壓一旦低於 110 bar 就失效，所以只有 151 kg（48%）能用，162 kg 永遠留在瓶裡。可用部分的總衝量約 84.7 kN·s：全重 2 t 的車懸停最多 4.3 秒，十顆推進器全開不到 0.6 秒就用完。一次 Fig 4 的跳躍翻滾用掉 84 kg。瓶內儲能約 40 MJ（≈ 9.5 kg TNT），充一次至少要 51 kWh 的等溫壓縮功，實際約 102 kWh：車上的電池補不回來，只能靠站充。COPV 本身（約 0.45 kg/L 估計）約 270 kg。

路面甲板與車：同一個鉸鏈剛體兩側滑動裙邊＋左右各一具吸力風扇（排氣口在車側）兩具風扇把底盤下的空氣抽走，裙邊把縫隙壓到約 6 mm，車底與路面之間的負壓 ΔP ≈ 6.8 kPa 乘上約 5.5 m² 的密封面積，得到 1.92 g 的吸力（Tesla：最高 2 g），耗電約 49 kW。正壓力＝吸力＋下壓力＋重力在路面法向的分量：地面 2.92 g、牆面 1.92 g、天花板只剩 0.92 g，乘上 μ≈1.2 後扣掉沿路面的重力，倒掛時還有 1.10 g 可以加速或轉彎。真正的限制在密封：在半徑 R 的凹弧坡道上，軸距 2.7 m 的車底中段離開路面 L²/8R，R = 20 m 時 46 mm（吸力降到 1.29 g，倒掛只剩 0.29 g），R = 8 m 時 114 mm，裙邊吃不下、吸力崩到 0.06 g——所以倒掛坡道一定要大半徑，或靠車速：繞圈頂端 v²/R ≥ g 時根本不需要吸力（R = 8 m 只要 32 km/h）。300 km/h 時空力下壓再加 0.51 g。按 F 關掉風扇：牆面與天花板立刻失去附著。

Roadster：一個自由剛體，姿態來自剛體模擬五台並排停放的車（順序為本圖安排，Semi 置中）以 38 km/h 駛入，四顆底盤升力推進器（每顆 14.7 kN，合計 3.0 g）全開 0.37 s，把重心推到 5.6 m 高；接著只開右側兩顆 0.12 s，一邊繼續上升一邊產生 21.2 kN·m 的滾轉力矩，車以約 229°/s 慣性翻滾；剩下的角度剛好等於同樣力矩煞住所需時，左側兩顆開 0.12 s 把它停在 360°。翻滾時推進器的方向跟著車轉：倒置時「升力」推進器其實在把車往下推，所以兩次單側脈衝都安排在車接近水平時。最後四顆全開 0.35 s 把落速從約 10.4 m/s 煞到 0.5 m/s 才著地——不減速的話懸吊行程 20 cm 會吃到約 28 g。整段飛行 2.63 s、最低離 Semi 車頂 31 cm，用掉 84 kg 空氣（可用量的 56%），瓶壓從 690 降到 256 bar：一罐只夠一次半。

減壓閥設定 → 可懸停秒數

一罐空氣能做什麼

氣體預算: 可用 151 kg、總衝量 84.7 kN·s：懸停上限 4.3 s，十顆全開 0.57 s 用完。「飛行」只能是秒級的跳與滾，不是飛。
比衝: 冷空氣 Isp ≈ 57 s（實際平均有效排氣速度 562 m/s），約為化學火箭的 1/5：同樣衝量要吞下五倍質量的工質。
絕熱降溫: 放到失壓點時瓶內 189 K；噴嘴出口靜溫 70–80 K，低於空氣露點，必須用露點 < −70 °C 的乾燥空氣並加熱閥體，否則冰堵。
殘氣: 減壓閥需要瓶壓高於穩壓室 10 bar，162 kg（52%）永遠用不到；降低設定壓力能多用一點，但噴嘴要變大、推力變小（左圖）。
補充能量: 充滿一次至少 51 kWh 等溫壓縮功，實際約 102 kWh，接近整顆電池；車上無法自己補氣。
儲能風險: 690 bar × 600 L 約 40 MJ（≈ 9.5 kg TNT）。COPV 曾牽涉 SpaceX 的數次火箭事故；Musk 在發表會上說「安全不是主要目標」。
吸力極限: 平地 2 g，天花板只剩 0.9 g 正壓力；凹弧坡道半徑 8 m 時裙邊漏氣、吸力崩到 0.06 g，只能靠速度（v²/R ≥ g）撐住。
著地: 不用推進器減速，從 5.6 m 落下在 20 cm 懸吊行程裡是 ~28 g；每次特技都得留 ~32 kg 氣做煞車。

結論：這套系統的實際飛行模式是「彈道跳躍＋脈衝姿態控制＋推力減速著地」，每次 2–3 秒、用掉一半以上的氣；持續飛行、懸停超過 4 秒、或連續做第二次特技，都超出 600 L 冷氣體的物理預算。所有數字由 model.mjs 計算，標示「假設」的輸入（整車 2,000 kg、推進器尺寸、風扇曲線）可在原始碼中調整。