个人飞行不是梦

凯米

在20世纪20年代美国的科幻故事中，宇宙英雄常常使用一种喷气背包打击犯罪，那时人们就预感，喷气背包将会是人类未来可能使用的飞行工具。虽然喷气背包的构想已经提出了100年，但一直未能大行其道。如今，随着一系列现代科学技术的突破，喷气背包的时代终于开启，即将帮助我们实现个人飞行的梦想。

火箭背包的不足

如何给“喷气背包”下一个定义？其实，我们可以将其简单理解成背包式的喷气发动机——当飞行员背着一个具备强大推力的喷气发动机时，自然可以朝着天空自由飞行。

最早的喷气发动机通常采用压燃空气的方式来工作，即，装有燃料的喷气发动机吸入大量的空气后，将其压缩、点燃，燃烧产生的高温高压气体通过一个涡轮机，然后从一个狭小的喷口喷出，产生推力。然而，这样的喷气发动机既庞大又笨重，不适宜单人背负，因此，人们只能选择其他动力装置，那就是火箭。

火箭的工作原理与喷气发动机类似，不同的是，它们不压燃空气，而是利用化学反应的能量产生推力。1953年，温德尔·摩尔发明了人类第一个真正意义上的喷气背包——火箭背包，他使用过氧化氢火箭作为喷气发动机。在设计上，火箭背包用一箱氮气压迫过氧化氢穿过一种银催化剂，促使过氧化氢迅速分解为氧气和水蒸气。这些气体会以每秒1000米的速度从喷口喷出，产生超过125千克的推力。这一推力足以让飞行员在空中飞行20秒。

然而，火箭背包70%的燃料将用于克服自身的重力，极大限制了飞行时间，添加更多燃料将会使火箭背包变得更重，以至于根本飞不起来。即使改进设计或者利用现代轻型材料减轻重量，过氧化氢火箭背包所能达到的飞行时间也不能超过1分钟。解决飞行时间问题的一种方案是让火箭背包与一个柔软的燃料供给带相连，燃料供给带的另一端连接在地面的燃料箱上，这对于长距离飞行来说显然是不可行的；另一种方案是使用更强大的易爆燃料，摩尔尝试过这种方案，但这种火箭背包飞起来异常危险，隐患重重。

“喷气机翼”

和“马丁喷气背包”

迄今为止，采用喷气发动机制作的最引人注目的私人飞行器叫做“喷气机翼”，由瑞士冒险家伊夫·罗西于21世纪初发明（详见图片）。这种碳纤维材料的机翼既坚硬，又有韧性。机翼的长度超过两米，配有4台经过改良的煤油发动机。所以，“喷气机翼”的推力远超过火箭背包，飞行员只需要轻微转转头部、动动肩膀和手臂，就能够控制机翼。不过，“喷气机翼”无法從地面发射升空，飞行员必须先搭乘直升机升空，然后佩戴机翼纵身跃下飞机，做类似于老鹰式的滑翔。罗西在使用“喷气机翼”飞行时，平均速度超过了每小时160千米。

借助“喷气机翼”，罗西曾8分钟飞越美国大峡谷，也曾在世界通用航空大会中上演和美军B-17轰炸机并肩翱翔的好戏，得到了“喷气飞人”的称号。不过，罗西也有飞行失败的时候，他曾经从摩洛哥北部两千米的高空跳下，飞往西班牙，目标是飞跃直布罗陀海峡，从而成为利用“喷气机翼”飞越两个大陆的第一人。然而，由于遭到强风，罗西仅飞了10分钟就直接栽进了大海，幸好机翼配备了优质的降落伞，他才顺利地被团队救起。所以，“喷气机翼”尽管飞起来很有激情，但距离人们对自由飞行的期望还有些距离。

为了延长飞行时间，近年来，发明家也尝试喷气推力以外的其他推力技术，这种尝试的代表之作是“马丁喷气背包”。

“马丁喷气背包”采用的是双导管风扇提供推力的设计。双导管风扇采用高强度的凯夫拉纤维材料制作，安装在飞行员的两旁，由专门定制的“V4”发动机驱动。导管的进气口较宽，出气口较窄，引导空气高速地从漏斗型的空间穿过，所产生的推力不仅能够将飞行员送到空中，同时还能提供额外的50千克左右的动力，用于快速改变飞行高度。“马丁喷气背包”每分钟大约可以爬升250米，在一次测试中，它甚至一下子爬到了1500米的高空。另外，双导管风扇设计和使用汽油的“V4”发动机让这种喷气背包的飞行速度可以达到每小时74千米，飞行时间长约半小时，使飞行员能够一次飞行30千米。

挑战与前景

设计喷气背包是一回事，让喷气背包安全飞行是另外一回事。借助“马丁喷气背包”飞行的潜在风险很高，它采用了易燃燃料，飞得又快又高，如果背包在半空中出现故障，将导致灾难性后果。

所以，“马丁喷气背包”全部采用现代的高科技材料，同时为飞行员配备一系列安全装置。飞行过程中，飞行员需穿耐火服和护耳器，阻隔发动机的轰鸣声。“马丁喷气背包”产生的噪音达到95分贝左右，相当于站在交通繁忙的马路中。虽然噪音很高，但与火箭背包相比已经是很大进步，后者的噪音高达130分贝，相当于钻头的响声。喷气背包一定要配备降落伞。对于“喷气机翼”来说，降落伞是进行着陆时的必备装置；对于“马丁喷气背包”来说，降落伞则充当发生紧急情况时的一个备用装置。在设计上，降落伞还要考虑充当一个提供浮力的装置，防止飞行员在水中降落时被拖到水下。

另外，设计师们还要考虑许多技术问题，改进飞行控制系统、导管技术以及发动机的功率质量比。目前，喷气燃料很重并且价格昂贵，虽然导管风扇能够实现更高的燃效，但它们的尺寸仍远远超过我们绝大多数人设想中的紧凑背包。喷气背包的导管风扇装在巨大的外壳内，就会限制高速向前和向后移动的能力，难以提高机动性。

尽管当前的喷气背包还没有达到科幻作品中喷气背包那样的先进程度，但这项新技术拥有很大发展潜力。这种飞行器速度快，航程远，能够进入一些难以从地面进入的区域。此外，“马丁喷气背包”还可以进行远程遥控，能够在操作人员的控制下前往十分危险的区域执行任务，就像执行搜救任务的无人机一样。即使作为一种娱乐产品，“马丁喷气背包”也会受到不少飞行爱好者的青睐，商机广阔。目前，许多国家的军方、搜救机构以及紧急反应部门都对“马丁喷气背包”产生浓厚兴趣，相信不用多久，设计师们就可以让个人飞行的梦想一步步照进现实。

太空背包和喷水背包

除了“喷气机翼”与“马丁喷气背包”，还有两种不同类型的喷气背包引人注意。

一种是美国航空航天局研制的太空喷气背包。在陆地上，重力是喷气背包绕不开的难题，但是在太空中，由于重力消失，喷气背包就可以更容易地发挥飞行作用。美国航空航天局就为宇航员设计了一种太空喷气背包，与“马丁喷气背包”不同，太空喷气背包不需要燃料，只是利用液氮汽化膨胀来提供动力，就可以帮助宇航员实现太空漫步。太空喷气背包共有24个独立的喷口，当宇航员从控制系统输入指令时，任意几个喷口就会喷出高压氮气，产生推力，这样，宇航员就可以在太空中变速、转身、翻滚、定向、定位了。

另外一种喷气背包其实是喷水背包，代表作品是德国企业家赫尔曼·拉姆克发明的“Jetlev—Flyer”。拉姆克设计喷水背包的初衷并不是为了上天，而是追求水上运动的刺激感，借助“Jetlev—Flyer”，水上运动爱好者就可以像飞鱼一样在水面上方驰骋。

“Jetlev—Flyer”重达200千克，其主要构造包括4个冲水发动机，10多米的供水管线，以及一个75升的油箱。在地面上，操作人员控制水泵将水沿着供水管线输入冲水发动机，在燃油动力下，冲水发动机以每分钟喷射4550升水的高速将高压水柱喷出，以此将飞行者带入10米的水上高空。随着飞行者改变水柱喷射方向，“Jetlev—Flyer”可在空中展现多维飞行，除上升、下降、转弯急停外，还可以熟练地表现水上滑翔、旋转潜水等有难度系数的动作。“Jetlev—Flyer”炫酷刺激，耗油量惊人，是高端人士的私宠，算得上是私人飞机、豪华游艇、豪车后又一个权贵身份的代表。

不过，严格说起来，这两种背包并不能实现普通人的个人飞行梦想，不会成为喷气背包领域的主流产品。