續航1000km很難嗎？那是羅馬帝國往事了

　　【太平洋汽車網 技術頻道】進入2021，連續三臺1000km續航電動車（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”的進化史角度來審視一下，續航對于我們生產生活而言，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。

　　到了農業革命之后，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），就產生了相對低緯度的農耕文明。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。

　　所以世界上就產生了兩大類型的文明：農耕文明精通種地，單位面積產量高，但移動性不強；游牧文明精通放羊放牛，單位面積產量很低，但這幫草原游擊隊移動能力極強，時不時沖進農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，比如曾經不可一世的可汗們；混得不好的游牧文明被武德充沛的農民伯伯自衛反擊丟了地盤丟了國家的也數不勝數，漢朝就打通了河西走廊將中原文明傳播到了西域。

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

　　短期來看，農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，農耕文明生產力水平比游牧文明高實在太多了，所以游牧民族在征服農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。

　　現在網上對“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，而生產這些能造大型戰艦的巨型木頭，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，一條優秀的古代戰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，進而成為戰艦的機械能，配合風能行成續航數千公里的混合動力（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易，有碼頭的城鎮，物料和商品的價格總是比內陸的有優勢，一批一批的國際貿易城市崛起，能在水上跑幾個月的船只聯系了東西方文明。

　　在第一次工業革命之前，人能掌控的動力系統非常有限，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化成機械能，所以古代最長續航的動力系統只能是混動的槳帆船。

　　但風帆時代的續航能力還真算寒磣，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易通道，數學不好的哥倫布往西航行去找印度結果找到了美洲，“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……

　　各位讀者有沒發現，軍事和貿易是長續航的最大受益者，因為農耕社會的普通民眾根本沒有“環游世界”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世紀中葉工業革命帶來了化石燃料內能與機械能之間的轉換，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，最標志性的一場戰爭是克里米亞戰爭，有些媒體將其稱為“第零次世界大戰”，原因是第一次在戰場上出現蒸汽戰艦、蒸汽機車、新式線膛步槍、電報、野戰醫院、戰地記者。

《塞瓦斯托波爾圍城戰》弗朗茨·魯鮑德1904后作

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

　　現代戰爭需要數以千噸計的重裝備，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，到站加煤之后續航又激增，風雨無阻，日夜兼程，因此整一場克什米爾戰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爭勝負。

　　美國南北戰爭初期就有了4.8萬公里的鐵路網，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，帶來了幾乎無限續航的動力系統，也帶來了史上最高效的殺人方式。

　　隨著19世紀初發電機與電動機相繼發明，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，第二次工業革命還給英國帶來了維多利亞時代（同時給全球很多國家帶來了災難）。

　　1802年：Dr. William Cruikshank設計了第一個便于生產制造的電池。

　　1836年：英國化學家John Frederic Daniell為提供穩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，可重復充電循環使用，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開發出第一個干電池，1896年美國開始量產干電池，如今中國年產干電池數量超過1000億個。

　　1890年：愛迪生發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：瑞典發明家Waldmar Jungner發明了鎳鎘電池。

　　電池與車輛的結合，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，汽油內燃機的快速崛起，讓初期發展的電動汽車完全沒有了競爭力。隨著石油提煉技術的提升、油站建設的鋪開，一個中心化的汽車補能網絡建立而成。

　　由于電池儲能能力的孱弱，只有數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絡助力（如上圖文章），也無力回天。

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

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

　　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航之王。

　　到了1942年4月，珍珠港事件半年后，企業號（CV-6）與大黃蜂號（CV-8）載著16架陸航的B-25去炸日本，結果因為太早被日本巡邏船發現只能提前起飛，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）居然做出了4170km的航程，幾乎是原型機設計航程的2倍！

　　二戰中最長續航的空中武器要數波音B-29“超級空中堡壘”，標準航程5663km，轉場航程9010km，妥妥的洲際作戰大殺器。

　　B-29用的是萊特R-3350星型發動機，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的最后一款航空引擎，堪稱精益求精的完美之作：其性能穩定，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初期的1000PS左右，到二戰末期竟然能在雙級增壓+強悍中冷的加持下，產生超過2000PS的輸出，令后期的 “噴火”式戰斗機時速突破700km/h大關！

　　德國ME262噴氣式戰機的航程只有1000km左右，V2巡航導彈的航程只有320km，新式武器的續航能力都比較菜。

　　真正長續航的還得看傳統活塞式內燃機，其中日本海軍造的伊-400巨型潛艇就是內燃機續航之王，水上排水量3550噸，16節工況下可以巡航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（弱雞的電池技術），所以潛艇很怕獵潛艇/驅逐艦，后者動輒20節航速，追著你扔深水炸彈。

　　二戰之后的世界進入了噴氣式時代，裝一臺渦噴發動機的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，可連續飛行18小時。這是航空業所能達到的最高水平。

　　最強的當然要數航天業，1969年發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，成為空中續航之王。

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

　　船舶的續航能力因為核反應堆成功“上船”而得到質的飛躍，尼米茲級航母的反應堆只需要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，直接等同于無限續航，比土星五號還要強勢。

　　如果不涉及核反應堆呢？那么續航最長的船舶應該是可以使用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，那么它的續航能力是……

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

　　換個角度看，這種電傳動內燃機車可以看作是“自帶發電機和發電燃料的電力機車”。同理，大型船舶也常用這種驅動結構，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，鐵道機車的續航能力理論上是無限的。同樣可能無限續航的是太陽能飛機，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1年的飛行，可以填補飛機和衛星之間的空白。

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

　　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續航大關。高鎳正極、硅負極、鋰金屬負極、固態電解質這四條主要路線，其中前兩種實現的可能性比較高（高鎳正極已經在量產了），第三與第四種可能配套出現，但離量產化還需要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左右的續航，儲氫量只能在10kg往下。

　　商用車是氫燃料電池發光發熱的地方，一來商用車有充足空間裝大氫罐，二來傳統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以上的續航。

　　那么，哪里來那么多氫氣呢？目前很多工業都會有氫氣副產物，但數量太少了，我們還是需要通過專業的制氫工廠來量產，而出路很有可能是核聚變發電。環保高效的核聚變發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，就能發電讓全球公民用一年。續航？日后有了更高壓的氫罐，我們可以給乘用車裝上30kg氫氣，續航3000km不是夢。

　　將來我們將利用兩大儲能介質進行大容量儲電：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，人力與畜力持續了數萬年，能將內能轉變為往復式運動機械能的蒸汽動力也才發明了兩百多年。

　　誠然，內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，本質都是燒開水。

　　不同的是，核聚變燒的開水，能讓我們無限續航下去。

（文：太平洋汽車網 黃恒樂）