個人飛行不是夢

凱米

在20世紀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，那時人們就預感，噴氣背包將會是人類未來可能使用的飛行工具。雖然噴氣背包的構想已經提出了100年，但一直未能大行其道。如今，隨著一系列現代科學技術的突破，噴氣背包的時代終于開啟，即將幫助我們實現個人飛行的夢想。

火箭背包的不足

如何給“噴氣背包”下一個定義？其實，我們可以將其簡單理解成背包式的噴氣發動機——當飛行員背著一個具備強大推力的噴氣發動機時，自然可以朝著天空自由飛行。

最早的噴氣發動機通常采用壓燃空氣的方式來工作，即，裝有燃料的噴氣發動機吸入大量的空氣后，將其壓縮、點燃，燃燒產生的高溫高壓氣體通過一個渦輪機，然后從一個狹小的噴口噴出，產生推力。然而，這樣的噴氣發動機既龐大又笨重，不適宜單人背負，因此，人們只能選擇其他動力裝置，那就是火箭。

火箭的工作原理與噴氣發動機類似，不同的是，它們不壓燃空氣，而是利用化學反應的能量產生推力。1953年，溫德爾·摩爾發明了人類第一個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動機。在設計上，火箭背包用一箱氮氣壓迫過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。這些氣體會以每秒1000米的速度從噴口噴出，產生超過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，極大限制了飛行時間，添加更多燃料將會使火箭背包變得更重，以至于根本飛不起來。即使改進設計或者利用現代輕型材料減輕重量，過氧化氫火箭背包所能達到的飛行時間也不能超過1分鐘。解決飛行時間問題的一種方案是讓火箭背包與一個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，隱患重重。

“噴氣機翼”

和“馬丁噴氣背包”

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

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

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

“馬丁噴氣背包”采用的是雙導管風扇提供推力的設計。雙導管風扇采用高強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”發動機驅動。導管的進氣口較寬，出氣口較窄，引導空氣高速地從漏斗型的空間穿過，所產生的推力不僅能夠將飛行員送到空中，同時還能提供額外的50千克左右的動力，用于快速改變飛行高度。“馬丁噴氣背包”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，雙導管風扇設計和使用汽油的“V4”發動機讓這種噴氣背包的飛行速度可以達到每小時74千米，飛行時間長約半小時，使飛行員能夠一次飛行30千米。

挑戰與前景

設計噴氣背包是一回事，讓噴氣背包安全飛行是另外一回事。借助“馬丁噴氣背包”飛行的潛在風險很高，它采用了易燃燃料，飛得又快又高，如果背包在半空中出現故障，將導致災難性后果。

所以，“馬丁噴氣背包”全部采用現代的高科技材料，同時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耳器，阻隔發動機的轟鳴聲。“馬丁噴氣背包”產生的噪音達到95分貝左右，相當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是很大進步，后者的噪音高達130分貝，相當于鉆頭的響聲。噴氣背包一定要配備降落傘。對于“噴氣機翼”來說，降落傘是進行著陸時的必備裝置；對于“馬丁噴氣背包”來說，降落傘則充當發生緊急情況時的一個備用裝置。在設計上，降落傘還要考慮充當一個提供浮力的裝置，防止飛行員在水中降落時被拖到水下。

另外，設計師們還要考慮許多技術問題，改進飛行控制系統、導管技術以及發動機的功率質量比。目前，噴氣燃料很重并且價格昂貴，雖然導管風扇能夠實現更高的燃效，但它們的尺寸仍遠遠超過我們絕大多數人設想中的緊湊背包。噴氣背包的導管風扇裝在巨大的外殼內，就會限制高速向前和向后移動的能力，難以提高機動性。

盡管當前的噴氣背包還沒有達到科幻作品中噴氣背包那樣的先進程度，但這項新技術擁有很大發展潛力。這種飛行器速度快，航程遠，能夠進入一些難以從地面進入的區域。此外，“馬丁噴氣背包”還可以進行遠程遙控，能夠在操作人員的控制下前往十分危險的區域執行任務，就像執行搜救任務的無人機一樣。即使作為一種娛樂產品，“馬丁噴氣背包”也會受到不少飛行愛好者的青睞，商機廣闊。目前，許多國家的軍方、搜救機構以及緊急反應部門都對“馬丁噴氣背包”產生濃厚興趣，相信不用多久，設計師們就可以讓個人飛行的夢想一步步照進現實。

太空背包和噴水背包

除了“噴氣機翼”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揮飛行作用。美國航空航天局就為宇航員設計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力，就可以幫助宇航員實現太空漫步。太空噴氣背包共有24個獨立的噴口，當宇航員從控制系統輸入指令時，任意幾個噴口就會噴出高壓氮氣，產生推力，這樣，宇航員就可以在太空中變速、轉身、翻滾、定向、定位了。

另外一種噴氣背包其實是噴水背包，代表作品是德國企業家赫爾曼·拉姆克發明的“Jetlev—Flyer”。拉姆克設計噴水背包的初衷并不是為了上天，而是追求水上運動的刺激感，借助“Jetlev—Flyer”，水上運動愛好者就可以像飛魚一樣在水面上方馳騁。

“Jetlev—Flyer”重達200千克，其主要構造包括4個沖水發動機，10多米的供水管線，以及一個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動機，在燃油動力下，沖水發動機以每分鐘噴射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”可在空中展現多維飛行，除上升、下降、轉彎急停外，還可以熟練地表現水上滑翔、旋轉潛水等有難度系數的動作。“Jetlev—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、豪華游艇、豪車后又一個權貴身份的代表。

不過，嚴格說起來，這兩種背包并不能實現普通人的個人飛行夢想，不會成為噴氣背包領域的主流產品。