續(xù)航1000km很難嗎？那是羅馬帝國往事了

　　【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】進入2021，連續(xù)三臺1000km續(xù)航電動車（的PPT）迎來了海量的吃瓜群眾，筆者不禁細想，為何續(xù)航如此重要呢？

　　今天我們不局限于電動車這個小話題，筆者想從“動力系統(tǒng)”的進化史角度來審視一下，續(xù)航對于我們生產(chǎn)生活而言，究竟有什么重要的意義。

　　在遠古時候，文明還未誕生的時期，除非真的活不下去，不然人們并沒有太多移動的需求，打打兔子摘摘果子就挺好。“活在舒適圈的人類”從非洲走到中東，走到白令海峽，再從北美走到南美，花了6萬年有余，平均一年也就移動一公里。

　　到了農(nóng)業(yè)革命之后，人類馴服了一批作物（也有學者認為是作物馴服了人類，比如尤瓦爾·赫拉利），就產(chǎn)生了相對低緯度的農(nóng)耕文明。相對高緯度的同志們也不是不想耕田，但降水不足、天太冷的中高緯度牧場，也種不出什么鬼玩意來。

　　所以世界上就產(chǎn)生了兩大類型的文明：農(nóng)耕文明精通種地，單位面積產(chǎn)量高，但移動性不強；游牧文明精通放羊放牛，單位面積產(chǎn)量很低，但這幫草原游擊隊移動能力極強，時不時沖進農(nóng)耕文明的地盤打家劫舍強搶民女。

　　這兩種文明幾千年來打得有來有回，混得好一點的游牧文明能從白令海西岸一直干到多瑙河沿岸，比如曾經(jīng)不可一世的可汗們；混得不好的游牧文明被武德充沛的農(nóng)民伯伯自衛(wèi)反擊丟了地盤丟了國家的也數(shù)不勝數(shù)，漢朝就打通了河西走廊將中原文明傳播到了西域。

　　農(nóng)耕文明靠的是人力，游牧文明靠的是畜力，后者的續(xù)航能力比前者強多了，所以我們現(xiàn)在把“男人當牲口使”這句話理解為對基層勞動者續(xù)航能力的贊美。

　　短期來看，農(nóng)耕文明根本打不過游牧文明，所以我們才有了萬里長城；長期來看，農(nóng)耕文明生產(chǎn)力水平比游牧文明高實在太多了，所以游牧民族在征服農(nóng)耕民族之后往往被同化掉……你中有我我中有你，你吃我的麥，我騎你的馬，和諧一家人。

　　扯了這么多，回到今天主題：續(xù)航為何如此重要？

　　對畜力的廣泛運用，大大提升了游牧民族的作戰(zhàn)效率，也形成了兩大文明之間的隔閡。從宏觀角度來看，畜力的長續(xù)航劃定了古代世界版圖的基本格局。

　　畜力當然不是唯一決定因素，人力在陸地上干不過畜力，但在海洋上卻是霸主。

　　現(xiàn)在網(wǎng)上對“三十年陸軍、五十年空軍、一百年海軍”有太多的誤解，總覺得現(xiàn)代海軍的建立比陸空軍難太多。實際上“百年海軍”是風帆時代的概念，那時候沒有全鋼艦體，都靠20多米的大木頭，而生產(chǎn)這些能造大型戰(zhàn)艦的巨型木頭，從種樹開始算，你不得花個大半個世紀呀？

　　造巨艦用的橡樹可是國家軍事實力的象征，所以現(xiàn)在AP皇家橡樹加價這么多還是情有可原的啦。（狗頭表情）

　　好了，木頭備好之后就能造船了，一條優(yōu)秀的古代戰(zhàn)艦必須是混合動力的，風向和風速合適的時候就用風帆，逆風的時候就用人力，順風加速沖擊的時候就用混合動力。

　　船上的食物被槳手吃掉消化成為生物能，進而成為戰(zhàn)艦的機械能，配合風能行成續(xù)航數(shù)千公里的混合動力（船上食物吃光了就得進港補給，所以也不算無限續(xù)航），羅馬帝國自然就收下了整個地中海沿岸的地，同理阿拉伯文明統(tǒng)治伊比利亞半島半個世紀也是靠的水運，不然怎么跨過整個基督世界的歐洲去到西南歐。

　　要是不懂得用水運，那么陸上行軍的損耗將非常大，一來陸路的路程遠了，二來人牛馬負重前行耗能極多，三來每天要停下來做飯和睡覺，四來周邊隨時都有敵軍出來滅掉你。十字軍東征，玩了9次只成了1次，就是這幫基督徒喜歡走路不喜歡劃槳造成的（個人狹隘觀點）。

　　知道了水運的好處，人們就在港口城市做起了各種國際貿(mào)易，有碼頭的城鎮(zhèn)，物料和商品的價格總是比內(nèi)陸的有優(yōu)勢，一批一批的國際貿(mào)易城市崛起，能在水上跑幾個月的船只聯(lián)系了東西方文明。

　　在第一次工業(yè)革命之前，人能掌控的動力系統(tǒng)非常有限，僅限于人自己的雙腿雙臂、被人剝削的牲口、風/洋流等自然界的流體，玩火玩了一百多萬年，硬是沒學會把熱能轉(zhuǎn)化成機械能，所以古代最長續(xù)航的動力系統(tǒng)只能是混動的槳帆船。

　　但風帆時代的續(xù)航能力還真算寒磣，鄭和七次下西洋揚我國威，最遠去到非洲東海岸和紅海沿岸。沒過多久，1453君士坦丁堡陷落，奧斯曼帝國堵住了東西方貿(mào)易通道，數(shù)學不好的哥倫布往西航行去找印度結(jié)果找到了美洲，“旗艦”圣瑪利亞號居然只有130噸排水量，能跨越整個大西洋還真的有賴圣母保佑了……

　　各位讀者有沒發(fā)現(xiàn)，軍事和貿(mào)易是長續(xù)航的最大受益者，因為農(nóng)耕社會的普通民眾根本沒有“環(huán)游世界”的理想，也不會寫辭職信“世界那么大我想去看看”燒給土地公公然后去尋找詩和遠方。

　　大英帝國國運太好，打敗西班牙無敵艦隊之后，18世紀中葉工業(yè)革命帶來了化石燃料內(nèi)能與機械能之間的轉(zhuǎn)換，只能依靠生物能和看天吃飯的時代過去了，英國人依靠不知疲憊的蒸汽機一躍成為全球唯一的超級大國，最強盛時期擁有全球1/4的土地，當今世界上只有22個國家沒被英國揍過……

　　在此期間，最標志性的一場戰(zhàn)爭是克里米亞戰(zhàn)爭，有些媒體將其稱為“第零次世界大戰(zhàn)”，原因是第一次在戰(zhàn)場上出現(xiàn)蒸汽戰(zhàn)艦、蒸汽機車、新式線膛步槍、電報、野戰(zhàn)醫(yī)院、戰(zhàn)地記者。

《塞瓦斯托波爾圍城戰(zhàn)》弗朗茨·魯鮑德1904后作

　　古代戰(zhàn)爭不需要帶那么多東西上路，馬餓了就吃草補充續(xù)航，人累了就睡覺補充續(xù)航，但蒸汽機是不用休息的，這是第一場用工業(yè)對戰(zhàn)工業(yè)的戰(zhàn)爭，農(nóng)耕文明和游牧文明的對決已成過去時。

　　現(xiàn)代戰(zhàn)爭需要數(shù)以千噸計的重裝備，蒸汽機車沒有士兵和馬匹的脾氣，雖然熱效率只有7%左右，但可以自帶很多車皮的燃煤，到站加煤之后續(xù)航又激增，風雨無阻，日夜兼程，因此整一場克什米爾戰(zhàn)爭就是看著蒸汽機車的時刻表來打的，這一條條鐵路決定了戰(zhàn)爭勝負。

　　美國南北戰(zhàn)爭初期就有了4.8萬公里的鐵路網(wǎng)，相當于中國2020年鐵路總里程的1/3。從亞歷山大三世建到尼古拉二世的西伯利亞大鐵路總長9322km，相當于地球1/4周長，從莫斯科一路鋪到了海參崴，行程從1年縮減到7天，修到滿洲的時候就弄起了一場日俄戰(zhàn)爭。

　　蒸汽機與鋼鐵之路打開了潘多拉鐵盒，帶來了幾乎無限續(xù)航的動力系統(tǒng)，也帶來了史上最高效的殺人方式。

　　隨著19世紀初發(fā)電機與電動機相繼發(fā)明，世界進入電氣化紀元。準確來說，19世紀是屬于電池和電機的第一個光輝世紀，第二次工業(yè)革命還給英國帶來了維多利亞時代（同時給全球很多國家?guī)砹藶?zāi)難）。

　　1802年：Dr. William Cruikshank設(shè)計了第一個便于生產(chǎn)制造的電池。

　　1836年：英國化學家John Frederic Daniell為提供穩(wěn)定的放電電流對電池做了改進，此時電壓終于提升到1V以上。

　　1859年：法國物理學家Gaston Planté發(fā)明了鉛酸二次電池，這是一款偉大的化學電源，足足12V電壓，可重復(fù)充電循環(huán)使用，一直玩到了21世紀，當前年銷量超過半個億。

　　1868年：George Leclanché開發(fā)出使用電解液的電池。

　　1881年：J.A.Thiebaut取得干電池專利.。

　　1888年：Dr. Gassner開發(fā)出第一個干電池，1896年美國開始量產(chǎn)干電池，如今中國年產(chǎn)干電池數(shù)量超過1000億個。

　　1890年：愛迪生發(fā)明可充電的鐵鎳電池。

　　1896年：D型電池誕生，這也是我們越來越少用到的1號電池。

　　1899年：瑞典發(fā)明家Waldmar Jungner發(fā)明了鎳鎘電池。

　　電池與車輛的結(jié)合，在19世紀中頁開始，20世紀前頁達到頂峰。從郭睿同事編撰的《電動車坎坷發(fā)展史》（上圖）上可知，1900年在美國上牌的汽車當中，電動汽車占比38%，是汽油汽車的將近2倍。

　　然而，汽油內(nèi)燃機的快速崛起，讓初期發(fā)展的電動汽車完全沒有了競爭力。隨著石油提煉技術(shù)的提升、油站建設(shè)的鋪開，一個中心化的汽車補能網(wǎng)絡(luò)建立而成。

　　由于電池儲能能力的孱弱，只有數(shù)十公里的電動汽車縱使擁有尼古拉·特斯拉這種遠程輸電大神打造的去中心化補能網(wǎng)絡(luò)助力（如上圖文章），也無力回天。

　　第二次工業(yè)革命的另一項重大技術(shù)成就是內(nèi)燃機的實用化。雖然電氣化時代的初期并未帶來任何長續(xù)航的作品，但內(nèi)燃機卻可以利用化石燃料的超高熱值去抵消初期內(nèi)燃機的超低熱效率。

　　在20世紀初期，蒸汽汽車/機車、內(nèi)燃機汽車/機車、電動汽車/機車形成了三足鼎立的行業(yè)奇相，最終內(nèi)燃機汽車/機車在續(xù)航能力、污染排放、燃料成本上均有不錯的優(yōu)勢（蒸汽機機車在下行隧道中燃燒劣質(zhì)煤炭甚至毒死過450名乘客），最終一統(tǒng)江湖。

　　1927年5月21日，查爾斯·林白所駕駛的瑞恩NYP單引擎單座單翼飛機降落在巴黎布爾歇機場，將近10萬巴黎人沖到機場迎接。這是人類第一次在不降落中停的情況下從新大陸（紐約）飛到舊大陸（巴黎），這架圣路易斯精神號（Spirit of St. Louis）只有223PS動力，最大起飛重量只有2.3噸，居然獨自飛躍大西洋，航程5810km，耗時33.5小時。圣路易斯精神號在一個世紀成為當時的續(xù)航之王。

　　到了1942年4月，珍珠港事件半年后，企業(yè)號（CV-6）與大黃蜂號（CV-8）載著16架陸航的B-25去炸日本，結(jié)果因為太早被日本巡邏船發(fā)現(xiàn)只能提前起飛，最終15架飛往中國降落的輕量化/高油量版B-25（另1架去了蘇聯(lián)）居然做出了4170km的航程，幾乎是原型機設(shè)計航程的2倍！

　　二戰(zhàn)中最長續(xù)航的空中武器要數(shù)波音B-29“超級空中堡壘”，標準航程5663km，轉(zhuǎn)場航程9010km，妥妥的洲際作戰(zhàn)大殺器。

　　B-29用的是萊特R-3350星型發(fā)動機，屬于比較傻大黑粗的角色，如果您也看過諾蘭版本的《敦刻爾克》，一定會聽過 “月光石號”道森船長的那句臺詞 —— “英吉利海峽上空最美妙的聲音”，說的便是英國 “噴火”式戰(zhàn)斗機所裝備的V12梅林引擎。

　　梅林引擎由“R”型引擎演變而來，是萊斯先生離世之前參與研發(fā)的最后一款航空引擎，堪稱精益求精的完美之作：其性能穩(wěn)定，故障率極低，并得益于勞斯萊斯一貫的“冗余”理念，它的輸出馬力從二戰(zhàn)初期的1000PS左右，到二戰(zhàn)末期竟然能在雙級增壓+強悍中冷的加持下，產(chǎn)生超過2000PS的輸出，令后期的 “噴火”式戰(zhàn)斗機時速突破700km/h大關(guān)！

　　德國ME262噴氣式戰(zhàn)機的航程只有1000km左右，V2巡航導(dǎo)彈的航程只有320km，新式武器的續(xù)航能力都比較菜。

　　真正長續(xù)航的還得看傳統(tǒng)活塞式內(nèi)燃機，其中日本海軍造的伊-400巨型潛艇就是內(nèi)燃機續(xù)航之王，水上排水量3550噸，16節(jié)工況下可以巡航61000km（33000海里），繞地球一圈半。當然，這是水上航程，水下靠電池的話只能跑7節(jié)（弱雞的電池技術(shù)），所以潛艇很怕獵潛艇/驅(qū)逐艦，后者動輒20節(jié)航速，追著你扔深水炸彈。

　　二戰(zhàn)之后的世界進入了噴氣式時代，裝一臺渦噴發(fā)動機的U-1偵察機最遠可達8830km航程，性能強大一大截的SR-71則為4830km。

　　截止至2019年，民航波音777-200LR是歷史上航程最長的客機，最大飛行里程有17445km，可連續(xù)飛行18小時。這是航空業(yè)所能達到的最高水平。

　　最強的當然要數(shù)航天業(yè)，1969年發(fā)射的土星五號火箭和阿波羅11號登月飛船，利用3000噸燃料進行了800000km的飛行，成為空中續(xù)航之王。

　　在陸地上，由于跳票的核能汽車未能讓8000km續(xù)航成為現(xiàn)實，所以最長續(xù)航的車型要數(shù)背著幾個大油箱的柴油貨車。

　　船舶的續(xù)航能力因為核反應(yīng)堆成功“上船”而得到質(zhì)的飛躍，尼米茲級航母的反應(yīng)堆只需要25年進行一次換料大修（核潛艇更麻煩因為要切割耐壓殼體），福特級航母可以做到50年一次維護，直接等同于無限續(xù)航，比土星五號還要強勢。

　　如果不涉及核反應(yīng)堆呢？那么續(xù)航最長的船舶應(yīng)該是可以使用LNG燃料的LNG運輸船，中國目前很喜歡造這種動力形式。如果讓一條阿薩利（Al Samriya）LNG運輸船“油改氣”，考慮到它可以裝載26.7萬立方米的天然氣，足夠供4000萬人口用一個月，那么它的續(xù)航能力是……

　　目前海陸空跑著的交通工具都離不開內(nèi)燃機，但其實相當一部分大型交通工具已經(jīng)電氣化了，即使是柴油機組機車，也是通過柴油機發(fā)電給電機，再驅(qū)動車輛在鐵道上跑。

　　換個角度看，這種電傳動內(nèi)燃機車可以看作是“自帶發(fā)電機和發(fā)電燃料的電力機車”。同理，大型船舶也常用這種驅(qū)動結(jié)構(gòu)，比如瑞典沃爾沃集團和勞斯萊斯集團就比較擅長造。

　　隨著鐵路逐漸全面電氣化，只要受電良好，鐵道機車的續(xù)航能力理論上是無限的。同樣可能無限續(xù)航的是太陽能飛機，比如Prismatic打造的持久高空太陽能飛機PHASA-35，目標是在20km的平流層上進行持續(xù)1年的飛行，可以填補飛機和衛(wèi)星之間的空白。

　　在乘用車層面，電氣化改造之后的內(nèi)燃機動力系統(tǒng)可以提供1000km左右的續(xù)航，豐田與本田的HEV非插電式混合動力系統(tǒng)就是其中典例。

　　完全電氣化之后，也就是BEV純電動車，目前有幾個廠家在沖擊1000km續(xù)航大關(guān)。高鎳正極、硅負極、鋰金屬負極、固態(tài)電解質(zhì)這四條主要路線，其中前兩種實現(xiàn)的可能性比較高（高鎳正極已經(jīng)在量產(chǎn)了），第三與第四種可能配套出現(xiàn)，但離量產(chǎn)化還需要5-10年。

　　FCV氫燃料電池汽車是接下來的重要突破口，但它并不是很適用于乘用車。氫燃料電池車所用的氫罐體積過大，裝入乘用車之后只能提供1000km左右的續(xù)航，儲氫量只能在10kg往下。

　　商用車是氫燃料電池發(fā)光發(fā)熱的地方，一來商用車有充足空間裝大氫罐，二來傳統(tǒng)商用車的柴油機排放特別大需要加緊治理，三來加氫站基建成本八位數(shù)因此點對點運輸才是出路。有了大氫罐，能量密度如此高的高壓氫氣可以輕易提供1000km以上的續(xù)航。

　　那么，哪里來那么多氫氣呢？目前很多工業(yè)都會有氫氣副產(chǎn)物，但數(shù)量太少了，我們還是需要通過專業(yè)的制氫工廠來量產(chǎn)，而出路很有可能是核聚變發(fā)電。環(huán)保高效的核聚變發(fā)電可以將電能儲藏在電解氫當中，從而永久解決全球能源問題。

　　礦車們乘著中美的火箭登月，挖走100萬噸氦-3中的100噸，就能發(fā)電讓全球公民用一年。續(xù)航？日后有了更高壓的氫罐，我們可以給乘用車裝上30kg氫氣，續(xù)航3000km不是夢。

　　將來我們將利用兩大儲能介質(zhì)進行大容量儲電：抽水蓄能電站的大水庫、電解水變成氫氣。

　　拿地球生命作為尺度來計算，人類學會使用動力的歷史很短暫，人力與畜力持續(xù)了數(shù)萬年，能將內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)式運動機械能的蒸汽動力也才發(fā)明了兩百多年。

　　誠然，內(nèi)燃機是當前最成熟的動力源，然而半個世紀之后可能會是燃料電池的天下。這并不打緊，實際上從蒸汽動力到核聚變堆，本質(zhì)都是燒開水。

　　不同的是，核聚變燒的開水，能讓我們無限續(xù)航下去。

（文：太平洋汽車網(wǎng) 黃恒樂）