我们何时才能拥有喷气背包?

如今,喷气背包的设计者们正从数十年的试错中学习。
Archival material from Popular Science's coverage of jetpack attempts
我们第一次关于喷气背包的报道发表于 1940 年 3 月,介绍的是乔治·德·博特扎特(George de Bothezat)的单人直升机——一个简单的框架,顶部有两个螺旋桨旋转,由“一台轻便的汽油发动机”提供动力。热门科学

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没有什么比飞行的刺激更能激发人类的想象力了。不是那种在飞机中间座位上的飞行,挤在幸运地选到靠窗和靠过道的乘客之间,被动地争夺扶手空间,同时沮丧地看着飞机图标在一个粗糙的座位背部屏幕上的数字 GPS 地图上缓慢地爬向目的地。而是那种能让我们摆脱重力束缚和道路限制,独自翱翔于三维空间,感受空气拂过四肢的飞行。这种不受束缚的飞行激发了休戈·格恩斯巴克(Hugo Gernsback)在标志性科幻杂志《惊奇故事》(Amazing Stories)1928 年 8 月刊的封面,封面上虚构的太空英雄巴克·罗杰斯(Buck Rogers)身穿一个能让他飞起来的背包。自那时以来,发明家们一直在追求这种轻便的喷气背包。

麻省理工学院航空航天学教授约翰·汉斯曼(John Hansman)说:“喷气背包的吸引力在于,你可以把它放进储物柜,拿出来,然后穿上就能去任何地方。但到目前为止我们看到的版本并没有太大意义。它们只是噱头。”尽管有各种各样奇幻但可能不切实际(且危险)的喷气背包设计,汉斯曼补充说:“这是一个有趣的时代。有许多技术即将出现,可以赋予你喷气背包的能力。”

八十多年来,《热门科学》一直在报道将喷气背包付诸实践的努力。我们第一次报道是在 1940 年 3 月,介绍了俄裔发明家乔治·德·博特扎特(George de Bothezat)的单人直升机——一个简单的框架,顶部有两个螺旋桨旋转,由“一台轻便的汽油发动机”提供动力。该装置由飞行员的身体、手臂和腿部运动在空中控制。德·博特扎特在发明真正问世前就已去世。但他的尝试并非毫无意义。1945 年 7 月,我们报道了波音工程师霍勒斯·T·彭特科特(Horace T. Pentecost)的努力,他改进了德·博特扎特的⌋设计,增加了一个用于转向的“飞行摇杆”。彭特科特将这个旋翼装置重新命名为“hoppicopter”(跳跃直升机)——这个小玩意儿只能短距离飞行。

1952 年 1 月,《热门科学》开始更认真地关注发展缓慢的喷气背包,当时杂志中有两页专门介绍了彭特科特“hoppicopter”的下一代产品:吉尔伯特·马吉尔(Gilbert Magill)的“pinwheel”(风车)。马吉尔保留了原有设计的顶置旋翼,但升级了操纵杆,并增加了一个座位和飞行员安全装备(呼——)——基本上就是一个“带塑料面罩的头盔”。 

风车,1952 年 1 月,热门科学

类似喷气式发动机的首次突破出现在我们 1958 年 12 月的专题报道中,其中介绍了美国军方的一项名为“蚱蜢计划”(Project Grasshopper)的倡议,该计划旨在将一种秘密的跳跃火箭升级为飞行腰带。跳跃火箭是一种“固体燃料装置”,可以系在士兵腰部,使他们能够跳过 50 英尺宽的河流,或跃入二楼窗户。蚱蜢计划的目标是延长跳跃者的滞空时间,使用氮气压缩气瓶,这些气瓶可以在“不到一分钟的时间内更换耗尽的”。 

飞行腰带,1958 年 12 月,热门科学

不久之后,贝尔航空系统公司(Bell Aerosystems)的工程师温德尔·摩尔(Wendell Moore)凭借“火箭腰带”(Rocket Belt)(也得到了美国陆军的资助)在喷气背包领域取得了重大飞跃。该个人推进装置在 1966 年 1 月的詹姆斯·邦德(James Bond)装备专题报道中被重点介绍。肖恩·康纳利(Sean Connery)在 1965 年的邦德电影《雷霆万钧》(Thunderball)的开场逃生场景中就穿上了贝尔的火箭腰带,以巴克·罗杰斯(Buck Rogers)式的风格从反派的城堡飞离。火箭腰带这个名字来源于其火箭发动机推进设计。这些发动机使用蒸馏过氧化氢和氮气作为燃料,用于产生高压过热蒸汽,将飞行员推向天空。其他火箭腰带设计在大型活动的特技表演中,例如 1984 年洛杉矶奥运会的开幕式上,也展现出了一定的生命力。我们最近一次报道是在 2006 年 3 月,介绍了一位自制火箭腰带建造者胡安·洛萨诺(Juan Lozano)的专题报道。即使在 2006 年,我们仍然对它们实现真正的喷气背包飞行自由的能力持怀疑态度,《PopSci》杂志的工作人员给洛萨诺的火箭腰带打出了 2/10 的现实度评分,意味着商业突破的可能性很小。

尽管火箭腰带似乎势头正盛,但喷气背包的发展却突然停滞了。除了报道偶尔出现的太空喷气背包(1971 年 11 月)之外,并没有太多新的进展可供报道。然后在 2008 年 12 月,新西兰发明家格伦·马丁(Glenn Martin)数十年来建造无喷气发动机、汽油驱动的涵道风扇喷气背包的追求终于有了回报。涵道风扇依靠装在罐体内的旋转式螺旋桨来引导推力。马丁的喷气背包非常引人注目,他因此获得了杂志享有盛誉的顶级创新者榜单的一席之地。

几个月后,在 2009 年 2 月,我们报道了瑞士飞行员伊夫·罗西(Yves Rossy),又名“Wingman”的奇特故事,他将迷你喷气发动机安装在一个自制的机翼上,然后跳出飞机飞越英吉利海峡。虽然严格来说不是喷气背包,但罗西的机翼确实使用了真正的喷气发动机,预示着未来的发展方向。

到了 2010 年代,喷气背包和其他个人飞行器的创新达到了新的高度——飞行滑板、飞板以及水力喷气背包,更不用说无数的无人机,都已出现。然后,经过从 1940 年代的单人操作直升机到 2000 年代的涵道风扇喷气背包的七十年的历程,一款真正的喷气发动机喷气背包终于出现了,其外形和升力足以让巴克·罗杰斯(Buck Rogers)大吃一惊。JetPack Aviation 于 2015 年 11 月 3 日在美国纽约自由女神像附近进行了其可穿戴发射器的首次试飞。与此同时,新西兰发明家格伦·马丁(Glenn Martin)继续改进涵道风扇喷气背包,最终吸引了风险投资来扩张他的公司 Martin Jetpack 并提供消费产品。

到 2017 年,个人飞行似乎如此真实——而且潜在利润丰厚——以至于波音公司赞助了一项 200 万美元的 GoFly 竞赛,以鼓励个人飞行器创新,并将其推向主流。这家航空航天公司看到了该技术日益增长的进展,例如推进系统、轻质材料以及控制和稳定系统的改进。

2019 年,在 GoFly 总决赛结束之前,我们再次审视了喷气背包的现实度,并得出结论,虽然取得了进展,但该技术仍然过于嘈杂、过于沉重且过于昂贵。GoFly 的评委似乎也同意这一点,因为尽管他们颁发了一些创新奖项,但没有人赢得比赛。参赛者均未能满足比赛最基本的尺寸限制和飞行时间参数等要求。曾是初始顾问但已退出项目的约翰·汉斯曼(John Hansman)对令人失望的结果并不感到意外。

汉斯曼认为,巴克·罗杰斯式的喷气背包有很多地方可能出错。他将其称为摩托车的极限版本,但由于有高度和速度,因此更加危险。此外,喷气发动机并不是在地球上移动的最佳方式。“喷气背包在太空中效果很好,”汉斯曼指出,“在那里,获得推进力的最佳方法是喷射气体。”然而,在有大气层的地方,“喷气发动机与旋翼螺旋桨的竞争力很差。”喷气背包需要持续的推力才能保持滞空,因此会消耗大量燃料,而螺旋桨则利用伯努利原理,即旋翼上方和下方的气压差。

但如今,喷气背包的设计者们正从数十年的试错中学习。汉斯曼认为,个人飞行器领域正处于新一轮创新的边缘,但不是经典的喷气发动机背包形式。“喷气发动机方面没有什么实质性变化,”汉斯曼指出——他还没有足够的开发进展来说服他,喷气发动机是最佳设计。相反,他认为个人飞行器将以基于旋翼的飞行自行车或飞行滑板车的形式出现。“如果你想想已经出现的技术,”他说,“那就是电动飞机的电池技术、分布式推进技术以及相对便宜的主动控制系统。”例如,无人机可以拥有廉价的主动控制系统,利用传感器和软件来稳定它们。分布式推进技术,即多个旋翼协同工作,使得飞行滑板车的设计成为可能,也许在不久的将来,还会出现空中出租车和飞行自行车。

汉斯曼认为,市场最初会接受休闲个人飞行器,类似于水上的喷气式滑雪板。这是因为制造可靠的通勤式交通工具需要不同级别的工程技术来应对日常使用的磨损。此外,还有如何处理受控空域的问题。尽管联邦航空管理局(FAA)不监管超轻型飞机(单人,空重低于 254 磅,最大速度不超过 60 英里/小时),也不管理 400 英尺以下的空域交通,但他们确实限制了机场和城市周围的空域。为了切实支持个人通勤飞机,这些限制必须进行修改。

尽管仍存在障碍,喷气背包和其他个人飞行器已经取得了长足的进步,比以往任何时候都更接近现实。对于铁杆喷气背包爱好者来说,有许多公司,如 JetPack Aviation、Martin Jetpack、Gravity Industries 和 Maverick Aviation,都拥有投入使用产品——前提是你有足够的财力并且不畏惧这些设备的危险。对于那些寻求更安全的方式来体验单人飞行的刺激的人来说,也许不久的将来,去山区进行周末短途旅行时,可以租用一辆飞行自行车或飞行滑板车,让你能够飞越树梢和湖泊,每次飞行 20 分钟。但如果你的目标是在每日通勤中,超越拥堵的街道和公路,当你从上方滑过时,嘲笑那些被困在地面的司机,那么你可能还要再等更长的时间——不幸的是,你所等待的东西很可能不会在未来的飞行器超市的巴克·罗杰斯(Buck Rogers)专区找到。

 

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比尔·古尔吉

特约撰稿人

比尔·古尔吉(Bill Gourgey)是《Popular Science》杂志的撰稿人,也是一位非官方的数字考古学家,他喜欢挖掘PopSci庞大的档案库来更新值得关注的旧故事(是的,旋转木马也是值得关注的)。


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