凱米

在20世紀(jì)20年代美國的科幻故事中，宇宙英雄常常使用一種噴氣背包打擊犯罪，那時(shí)人們就預(yù)感，噴氣背包將會(huì)是人類未來可能使用的飛行工具。雖然噴氣背包的構(gòu)想已經(jīng)提出了100年，但一直未能大行其道。如今，隨著一系列現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突破，噴氣背包的時(shí)代終于開啟，即將幫助我們實(shí)現(xiàn)個(gè)人飛行的夢想。

火箭背包的不足

如何給“噴氣背包”下一個(gè)定義？其實(shí)，我們可以將其簡單理解成背包式的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)——當(dāng)飛行員背著一個(gè)具備強(qiáng)大推力的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，自然可以朝著天空自由飛行。

最早的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)通常采用壓燃空氣的方式來工作，即，裝有燃料的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)吸入大量的空氣后，將其壓縮、點(diǎn)燃，燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體通過一個(gè)渦輪機(jī)，然后從一個(gè)狹小的噴口噴出，產(chǎn)生推力。然而，這樣的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)既龐大又笨重，不適宜單人背負(fù)，因此，人們只能選擇其他動(dòng)力裝置，那就是火箭。

火箭的工作原理與噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)類似，不同的是，它們不壓燃空氣，而是利用化學(xué)反應(yīng)的能量產(chǎn)生推力。1953年，溫德爾·摩爾發(fā)明了人類第一個(gè)真正意義上的噴氣背包——火箭背包，他使用過氧化氫火箭作為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。在設(shè)計(jì)上，火箭背包用一箱氮?dú)鈮浩冗^氧化氫穿過一種銀催化劑，促使過氧化氫迅速分解為氧氣和水蒸氣。這些氣體會(huì)以每秒1000米的速度從噴口噴出，產(chǎn)生超過125千克的推力。這一推力足以讓飛行員在空中飛行20秒。

然而，火箭背包70%的燃料將用于克服自身的重力，極大限制了飛行時(shí)間，添加更多燃料將會(huì)使火箭背包變得更重，以至于根本飛不起來。即使改進(jìn)設(shè)計(jì)或者利用現(xiàn)代輕型材料減輕重量，過氧化氫火箭背包所能達(dá)到的飛行時(shí)間也不能超過1分鐘。解決飛行時(shí)間問題的一種方案是讓火箭背包與一個(gè)柔軟的燃料供給帶相連，燃料供給帶的另一端連接在地面的燃料箱上，這對(duì)于長距離飛行來說顯然是不可行的；另一種方案是使用更強(qiáng)大的易爆燃料，摩爾嘗試過這種方案，但這種火箭背包飛起來異常危險(xiǎn)，隱患重重。

“噴氣機(jī)翼”

和“馬丁噴氣背包”

迄今為止，采用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)制作的最引人注目的私人飛行器叫做“噴氣機(jī)翼”，由瑞士冒險(xiǎn)家伊夫·羅西于21世紀(jì)初發(fā)明（詳見圖片）。這種碳纖維材料的機(jī)翼既堅(jiān)硬，又有韌性。機(jī)翼的長度超過兩米，配有4臺(tái)經(jīng)過改良的煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。所以，“噴氣機(jī)翼”的推力遠(yuǎn)超過火箭背包，飛行員只需要輕微轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頭部、動(dòng)動(dòng)肩膀和手臂，就能夠控制機(jī)翼。不過，“噴氣機(jī)翼”無法從地面發(fā)射升空，飛行員必須先搭乘直升機(jī)升空，然后佩戴機(jī)翼縱身躍下飛機(jī)，做類似于老鷹式的滑翔。羅西在使用“噴氣機(jī)翼”飛行時(shí)，平均速度超過了每小時(shí)160千米。

借助“噴氣機(jī)翼”，羅西曾8分鐘飛越美國大峽谷，也曾在世界通用航空大會(huì)中上演和美軍B-17轟炸機(jī)并肩翱翔的好戲，得到了“噴氣飛人”的稱號(hào)。不過，羅西也有飛行失敗的時(shí)候，他曾經(jīng)從摩洛哥北部兩千米的高空跳下，飛往西班牙，目標(biāo)是飛躍直布羅陀海峽，從而成為利用“噴氣機(jī)翼”飛越兩個(gè)大陸的第一人。然而，由于遭到強(qiáng)風(fēng)，羅西僅飛了10分鐘就直接栽進(jìn)了大海，幸好機(jī)翼配備了優(yōu)質(zhì)的降落傘，他才順利地被團(tuán)隊(duì)救起。所以，“噴氣機(jī)翼”盡管飛起來很有激情，但距離人們對(duì)自由飛行的期望還有些距離。

為了延長飛行時(shí)間，近年來，發(fā)明家也嘗試噴氣推力以外的其他推力技術(shù)，這種嘗試的代表之作是“馬丁噴氣背包”。

“馬丁噴氣背包”采用的是雙導(dǎo)管風(fēng)扇提供推力的設(shè)計(jì)。雙導(dǎo)管風(fēng)扇采用高強(qiáng)度的凱夫拉纖維材料制作，安裝在飛行員的兩旁，由專門定制的“V4”發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。導(dǎo)管的進(jìn)氣口較寬，出氣口較窄，引導(dǎo)空氣高速地從漏斗型的空間穿過，所產(chǎn)生的推力不僅能夠?qū)w行員送到空中，同時(shí)還能提供額外的50千克左右的動(dòng)力，用于快速改變飛行高度?！榜R丁噴氣背包”每分鐘大約可以爬升250米，在一次測試中，它甚至一下子爬到了1500米的高空。另外，雙導(dǎo)管風(fēng)扇設(shè)計(jì)和使用汽油的“V4”發(fā)動(dòng)機(jī)讓這種噴氣背包的飛行速度可以達(dá)到每小時(shí)74千米，飛行時(shí)間長約半小時(shí)，使飛行員能夠一次飛行30千米。

挑戰(zhàn)與前景

設(shè)計(jì)噴氣背包是一回事，讓噴氣背包安全飛行是另外一回事。借助“馬丁噴氣背包”飛行的潛在風(fēng)險(xiǎn)很高，它采用了易燃燃料，飛得又快又高，如果背包在半空中出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致災(zāi)難性后果。

所以，“馬丁噴氣背包”全部采用現(xiàn)代的高科技材料，同時(shí)為飛行員配備一系列安全裝置。飛行過程中，飛行員需穿耐火服和護(hù)耳器，阻隔發(fā)動(dòng)機(jī)的轟鳴聲。“馬丁噴氣背包”產(chǎn)生的噪音達(dá)到95分貝左右，相當(dāng)于站在交通繁忙的馬路中。雖然噪音很高，但與火箭背包相比已經(jīng)是很大進(jìn)步，后者的噪音高達(dá)130分貝，相當(dāng)于鉆頭的響聲。噴氣背包一定要配備降落傘。對(duì)于“噴氣機(jī)翼”來說，降落傘是進(jìn)行著陸時(shí)的必備裝置；對(duì)于“馬丁噴氣背包”來說，降落傘則充當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)的一個(gè)備用裝置。在設(shè)計(jì)上，降落傘還要考慮充當(dāng)一個(gè)提供浮力的裝置，防止飛行員在水中降落時(shí)被拖到水下。

另外，設(shè)計(jì)師們還要考慮許多技術(shù)問題，改進(jìn)飛行控制系統(tǒng)、導(dǎo)管技術(shù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)的功率質(zhì)量比。目前，噴氣燃料很重并且價(jià)格昂貴，雖然導(dǎo)管風(fēng)扇能夠?qū)崿F(xiàn)更高的燃效，但它們的尺寸仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們絕大多數(shù)人設(shè)想中的緊湊背包。噴氣背包的導(dǎo)管風(fēng)扇裝在巨大的外殼內(nèi)，就會(huì)限制高速向前和向后移動(dòng)的能力，難以提高機(jī)動(dòng)性。

盡管當(dāng)前的噴氣背包還沒有達(dá)到科幻作品中噴氣背包那樣的先進(jìn)程度，但這項(xiàng)新技術(shù)擁有很大發(fā)展?jié)摿Α＿@種飛行器速度快，航程遠(yuǎn)，能夠進(jìn)入一些難以從地面進(jìn)入的區(qū)域。此外，“馬丁噴氣背包”還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，能夠在操作人員的控制下前往十分危險(xiǎn)的區(qū)域執(zhí)行任務(wù)，就像執(zhí)行搜救任務(wù)的無人機(jī)一樣。即使作為一種娛樂產(chǎn)品，“馬丁噴氣背包”也會(huì)受到不少飛行愛好者的青睞，商機(jī)廣闊。目前，許多國家的軍方、搜救機(jī)構(gòu)以及緊急反應(yīng)部門都對(duì)“馬丁噴氣背包”產(chǎn)生濃厚興趣，相信不用多久，設(shè)計(jì)師們就可以讓個(gè)人飛行的夢想一步步照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

太空背包和噴水背包

除了“噴氣機(jī)翼”與“馬丁噴氣背包”，還有兩種不同類型的噴氣背包引人注意。

一種是美國航空航天局研制的太空噴氣背包。在陸地上，重力是噴氣背包繞不開的難題，但是在太空中，由于重力消失，噴氣背包就可以更容易地發(fā)揮飛行作用。美國航空航天局就為宇航員設(shè)計(jì)了一種太空噴氣背包，與“馬丁噴氣背包”不同，太空噴氣背包不需要燃料，只是利用液氮汽化膨脹來提供動(dòng)力，就可以幫助宇航員實(shí)現(xiàn)太空漫步。太空噴氣背包共有24個(gè)獨(dú)立的噴口，當(dāng)宇航員從控制系統(tǒng)輸入指令時(shí)，任意幾個(gè)噴口就會(huì)噴出高壓氮?dú)?，產(chǎn)生推力，這樣，宇航員就可以在太空中變速、轉(zhuǎn)身、翻滾、定向、定位了。

另外一種噴氣背包其實(shí)是噴水背包，代表作品是德國企業(yè)家赫爾曼·拉姆克發(fā)明的“Jetlev—Flyer”。拉姆克設(shè)計(jì)噴水背包的初衷并不是為了上天，而是追求水上運(yùn)動(dòng)的刺激感，借助“Jetlev—Flyer”，水上運(yùn)動(dòng)愛好者就可以像飛魚一樣在水面上方馳騁。

“Jetlev—Flyer”重達(dá)200千克，其主要構(gòu)造包括4個(gè)沖水發(fā)動(dòng)機(jī)，10多米的供水管線，以及一個(gè)75升的油箱。在地面上，操作人員控制水泵將水沿著供水管線輸入沖水發(fā)動(dòng)機(jī)，在燃油動(dòng)力下，沖水發(fā)動(dòng)機(jī)以每分鐘噴射4550升水的高速將高壓水柱噴出，以此將飛行者帶入10米的水上高空。隨著飛行者改變水柱噴射方向，“Jetlev—Flyer”可在空中展現(xiàn)多維飛行，除上升、下降、轉(zhuǎn)彎急停外，還可以熟練地表現(xiàn)水上滑翔、旋轉(zhuǎn)潛水等有難度系數(shù)的動(dòng)作?！癑etlev—Flyer”炫酷刺激，耗油量驚人，是高端人士的私寵，算得上是私人飛機(jī)、豪華游艇、豪車后又一個(gè)權(quán)貴身份的代表。

不過，嚴(yán)格說起來，這兩種背包并不能實(shí)現(xiàn)普通人的個(gè)人飛行夢想，不會(huì)成為噴氣背包領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。