2016年，一支由工程师和冒险家组成的团队将前往南非沙漠，尝试成为首批以1000英里/小时的速度驾驶汽车的人。这辆英国制造的车辆， Bloodhound SSC旨在打破763英里/小时的现有世界陆地速度纪录，成为有史以来制造的最快汽车。
令人惊讶的是，这一令人难以置信的目标甚至不是该项目的主要目标。打破陆地速度纪录对英国而言并不陌生，过去100年中该国持有此纪录达79年，且已连续保持32年，最近一次是借助 Thrust SSC创下的纪录，该车由Andy Green驾驶。但当Green与前纪录保持者Richard Noble以及时任科学部长的Lord Drayson一起 发起Bloodhound项目 ，时间为2008年，他们的目标是激励下一代问题解决者将其卓越才能投入科学、技术、工程和数学领域。
当然，另一个目标是促使该国工程师完成一个世界级的研发项目。但是，怎样才能着手设计和制造一辆时速比世界上已知的任何汽车快数百英里的汽车？需要考虑三个主要方面。它够不够流线型？它的动力是否足够强劲？它的强度是否足够？
空气动力学这一棘手话题
只要放过风筝，任何人都会知道空气流动蕴含着巨大的力量。顺着气流时这不成问题，但对于Bloodhound而言，我们将尝试以超过音速的速度逆着气流前进。物体在空气中推进时会产生巨大的 阻力 ，而且物体的迎风面积越大，该阻力就越大。
Thrust SSC使用了 两台喷气发动机提供动力。它们的工作原理是从前方吸入空气、压缩空气、燃烧燃料，并将气体从后方喷出以产生推力。这种设计需要较大的迎风面积，以便喷气发动机能够吸入足够的空气。但分析表明，这样的设计永远无法达到1000英里/小时。迎风面积会产生巨大阻力，以现有技术而言，永远无法产生足够的动力来抵消它。因此，我们不得不设计一辆迎风面积较小的车辆，这就需要使用火箭发动机（稍后详述）。
为检验空气动力学性能，斯旺西大学利用了一种名为 计算流体动力学 （CFD）的系统运行了一个计算机模型。这使团队能够了解汽车外形在低速（亚音速）、接近声障（跨音速）以及高速（超音速）时，气流如何作用于车身。因此，我们得以模拟150多种设计，确保车辆在任何速度下都保持稳定。
为猛兽提供动力
由于需要较小的迎风面积，两台喷气发动机并不可行。解决方案是将一台喷气发动机与 火箭动力相结合。火箭可以通过燃烧液体燃料与液氧的混合物，或点燃由固体燃料与氧化剂组成的爆炸性混合物来产生惊人的动力。这两种模式的问题都在于所用化学品。液氧极难管理，必须保持在-182°C。固体燃料火箭一旦启动，在燃料耗尽前就无法停止。因此，又需要第三种方案。
我们选择了一种 混合火箭 ，它使用高纯度过氧化氢（即你可能用来漂白头发的物质）作为氧化剂，并以橡胶药柱作为燃料。这意味着我们可以关闭氧化剂的供应并终止爆炸，从而得到一个可控的火箭。
但这又带来了另一个问题：如何将氧化剂输送进火箭。为找到适用于陆地速度纪录挑战的方案，我们使用了一台高功率捷豹跑车发动机来驱动燃料泵，该泵能够在20秒内向火箭输送1000升过氧化氢。这三台发动机共同作用，应足以使我们达到1000英里/小时。
让各部件保持完好
另一个问题是，汽车的所有部件都要承受巨大的压力。例如，车轮外缘转动极快，所产生的力是地球重力的5万倍。这意味着每克材料的有效质量为50千克。与此同时，驱动燃料泵的轴必须承受相当大的扭矩，同时输送一种会侵蚀许多材料的液体。
为应对这些挑战，车轮由一整块高等级铝材锻造而成。这确保了构成该块材料的金属晶粒方向一致，从而降低了出现缺陷或断裂的可能性。车身外壳采用碳纤维制造，以确保结构既轻盈又极为坚固。燃料泵驱动轴则由 Custom 465制成，这种材料化学性质不活泼，但强度足以驱动泵。随后，我们对每个部件进行了全面测试，以复现其在创纪录尝试中将承受的各种作用力。
所有这些问题表明，设计和制造像Bloodhound这样的汽车需要大量专业知识。从开发材料的化学家，到研究如何制造部件并将其整合为单一运行系统的工程师，打破陆地速度纪录是一项协作项目，涉及的人员远不止驾驶员一人。当这辆车在2016年进行那场令人揪心的纪录挑战时，就仿佛所有人都与他一同坐在驾驶舱中。
本文与 The Conversation合作发表。发表本文并不意味着世界经济论坛认可文中观点。
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作者：Phil Spiers是谢菲尔德大学Advanced Manufacturing Research Centre的结构测试负责人。
图片：来自阿尔巴尼亚的工人正在工厂焊接农业机械零件。REUTERS/Kostas Tsironis。
