Как сделать реактивный ранец
Добавил пользователь Skiper Обновлено: 05.10.2024
TJ решил разобраться, когда люди смогут приобрести собственный реактивный ранец, и сможет ли он трансформировать современную систему лётного транспорта.
От комиксов до Бонда
Первые настоящие полёты с помощью устройства под названием Rocket Belt состоялись в 1961 году. Оба длились всего лишь 14 секунд, но являлись доказательством прорыва в технологии. Тогда ранец планировали применять в военных целях, но позже отказались от этой идеи: к 1962 году создатели прототипа Венделл Мур (Wendell Moore) и Гарольд Грэхам (Harold Graham) смогли улучшить показатели только до 21 секунды.
Следующий этап развития джетпаков связан со швейцарским изобретателем Ивом Росси (Yves Rossy). В 2002 году лётчик решил создать собственный джетпак, на разработку которого он потратил более двух лет. 24 июня 2004 года Росси совершил первый полёт.
34 года ожидания
В настоящее время большинство надежд любителей джетпаков связаны с компанией Martin Aircraft. Её основателем является Гленн Мартин (Glenn Martin), мечтавший о собственном реактивном ранце с пяти лет. С этой технологией он связал всю свою жизнь с 1981 года.
За годы разработки реактивный ранец сильно изменился: в 2013 году появилась новая модель P12, максимальная высота полёта которого достигла 900 метров, скорость выросла до 74 километров в час, а длительность — до 30 минут. Однако у него остались существенные недостатки прошлой версии. Главный из них — массивность, делающее устройство практически бесполезным в повседневной жизни. Сложно говорить о новом способе добраться до работы и обратно, если вес джетпака составляет 200 килограмм.
Связано это и с финансовыми возможностями Martin Aircraft. Несмотря на успешные презентации и привлечение инвесторов, в первый год после выхода на биржу компания понесла убытки в пять миллионов долларов. Портал Popular Science отмечает, что это нормально для компании, не начавшей свои продажи. Но в то же время она не начинает их уже почти семь лет, а работает над технологией уже 34 года.
В JetPack Aviation ориентируются на разработки для Голливуда различных воздушных шоу, но надеются на то, что технология сможет стать массовой. Однако на сегодняшний день нет даже предполагаемой даты выпуска этой модели джетпаков.
Ядерный реактор за спиной
Однако не все разделяют желание приобрести подобный ранец. Несмотря на вполне рабочие образцы, устройство регулярно попадает в различные списки нереализованных фантастических технологий вроде телепортов или летающих автомобилей. Критики обвиняют ранцы в высокой цене, повышенной опасности во время использования и негативному влиянию на экологию.
Но главный аргумент критиков: джетпаки в современном мире не нужны.
Есть несколько фундаментальных моментов в физике, делающих использование реактивных ранцев уж слишком неудобным. Но, знаешь, иногда я думаю, что было бы великолепно иметь лётное средство с вертикальным взлётом и посадкой. Вроде штурмовиков Harrier, но с большим удовольствием от полета.
Элон Маск, глава Tesla Motors
Николай Ковшов, ведущий аналитик фонда Quantum Wave, в колонке для Wired напомнил, что многие технологии, идеи которых появились в научной фантастике начала 20-го века, так и не прижились в повседневности. По мнению аналитика, основные проблемы таких устройств очень похожи — в основном это предрассудки людей по поводу одних технологий и завышенные ожидания от других. Некоторые изобретения ещё не могут использоваться массово, хотя созданы были довольно давно. Ковшов привел в пример голограммы из научно-популярных фильмов: технология существует уже больше полувека, но слишком затратна, что сводит её использование к единичным случаям.
В лаборатории Google[x] отказались от проекта джетпака. Руководитель лаборатории Астро Теллер в интервью журналу Esquire отметил, что идея активно разрабатывалась, но разработчики отказались от неё из соображений безопасности.
Остро встаёт вопрос использования технологии, если она всё-таки появится. В The Guardian предположили, что в отличие от набирающих популярность сегвеев, джетпаки никогда не станут революцией в средствах повышения мобильности в современном городе.
Пока что Martin Aircraft пошла по второму пути, продав 20 экземпляров пожарным Дубая. После прохождения курса обучения от сотрудников компании пожарные смогут с помощью ранцев быстрее добираться до горящих небоскрёбов. Нынешний глава Martin Aircraft Питер Кокер отметил, что джетпаки могут использоваться в качестве одной из функций сервиса заказа такси Uber.
Даже джетпак появится быстрее ховерборда,
Евгений Кузьмин,
TJ
Принцип здесь очень простой. Если вы стреляете прямо, отдачей толкает вас назад. Так что если вы стреляете вниз, то отдача будет толкать вас вверх.
Первый вопрос, на который нам придется ответить: может ли оружие поднять массу, равную хотя бы его собственной? Если пулемет весит четыре с половиной килограмма, но сила отдачи при стрельбе эквивалентна трем с половиной, то он не сможет оторвать сам себя от земли, не говоря уже о подъеме себя вместе с человеком.
Несмотря на то, что я вырос на юге Штатов, я не эксперт по оружию, поэтому, чтобы ответить на этот вопрос, я связался со знакомым в Техасе. (Судя по количеству боеприпасов около их дома, которые они были готовы измерить и взвесить для меня, Техас явно стал чем-то вроде постапокалиптической военной зоны в стиле Безумного Макса.)
Как выяснилось, у АК-47 тяговооруженность около двух. Это означает, что если вы поставите его вертикально дулом вниз и каким-то образом зафиксируете спусковой крючок (Внимание: пожалуйста, ПОЖАЛУЙСТА, не пытайтесь повторить это), то он, стреляя, поднимется в воздух.
Это верно не для всех моделей автоматического оружия. M60, к примеру, не сможет развить тягу, достаточную для того, чтобы поднять себя в воздух.
Величина тяги, создаваемая ракетой (или стреляющим пулеметом), зависит от того, (1) какое количество своей массы она выбрасывает, и (2) как быстро она выбрасывает ее. Тяга — произведение этих двух величин.
Поскольку АК-47 весит заряженным всего 4,78 килограмма, он сможет оторваться от земли и ускоряться в направлении вверх.
На практике фактическое значение тяги оказывается выше примерно на 30%. Причина этого в том, что оружие не просто плюется пулями, оно также выбрасывает горячий газ и продукты взрыва. Величина дополнительной силы, которую добавляют эти эффекты, зависит от оружия и патрона.
Общая эффективность также зависит от того, сбрасываете ли вы гильзы с летательного аппарата или несете их с собой. Я спросил своих техасских знакомых, не могли ли бы они взвесить несколько гильз для моих подсчетов, но какое-то время они нигде не могли найти весы в доме. Я услужливо предложил, учитывая размер их арсенала, что им проще найти кого-либо другого, у кого есть весы. (В идеале — кого-то, у кого боезапас гораздо меньше.)
Итак, что же все это означает для нашего реактивного ранца?
Ну, АК-47 сможет оторваться от земли, но очевидно, что у него не хватает запасной тяги, чтобы поднять что-то весом больше белки.
Если бы вы увидели эту белку, пытающуюся попасть в вашу кормушку для птиц, вам, вероятно, следовало бы просто позволить ей это сделать.
Мы можем попробовать использовать несколько стволов. Если вы будете стрелять из двух автоматов в землю, они создадут двойную тягу. Если каждое оружие может поднять два с половиной килограмма сверх своей массы, то два смогут поднять пять.
На этом месте становится ясно, куда мы направляемся.
Если мы добавим достаточно оружия, масса пассажира перестанет иметь значение. Она распространится на такое их большое количество, что они просто этого не заметят. При увеличении количества автоматов, с учетом того, что они летят параллельно друг другу, общая тяговооруженность распределяется, и у каждого оружия приближается к таковой без груза.
Но есть проблема. Боеприпасы.
Рожок АК-47 вмещает в себя 30 зарядов. При десяти выстрелах в секунду, мы получим жалкие три секунды тяги. Можно улучшить результат, используя больший магазин, но только до определенного предела.
Получается так, что нет смысла нести больше 250 единиц боезапаса. Причиной этого является фундаментальная и центральная проблема в ракетостроении: топливо делает вас тяжелее.
Это означает, что наше оптимальное воздушное судно представляет собой большое количество АК-47 (минимум 25, но, в идеале, хотя бы 300), каждый из которых имеет 250 единиц боезапаса. Самая большая версия этого судна сможет развить вертикальную скорость примерно до 100 метров в секунду, поднявшись на высоту больше половины километра. (Если вы хотите проработать математику по этой части более детально, есть хороший пример здесь.)
Так что мы ответили на вопрос Роба: с достаточным количеством автоматического оружия вы сможете полететь.
Но наша установка из 500 АК-47 — явно не реактивный ранец. Можно ли его улучшить?
Мои техасские друзья предложили серию пулеметов, и я пробежался по каждому из них. Некоторые оказались довольно хороши, например, MG-42, он тяжелее АК-47, но имеет немногим большую тяговооруженность.
Так что мы решили взять что-нибудь побольше.
Говоря другими словами, если бы я установил GAU-8 на мою машину, поставил нейтральную передачу, и начал бы стрелять назад, стоя на месте, я бы нарушил общие для всех штатов ограничения скорости меньше, чем за три секунды.
И, несмотря на то, что эта пушка работает так хорошо, русские создали пушку еще лучше. Зенитный автомат Грязева-Шипунова 6К30ГШ весит примерно наполовину меньше, чем GAU-8 и имеет даже большую скорострельность. Его тяговооруженность приближается к 40, что означает, что если бы вы прицелились в землю и выстрелили, то автомат бы оторвался от земли в виде быстро расширяющейся струи смертельно опасных металлических фрагментов, а вы бы испытали ускорение в 40g.
Этого даже слишком много. Фактически, если бы он был прочно установлен в самолете, ускорение стало бы проблемой:
Отдача… по-прежнему имела тенденцию к причинению вреда самолету. Скорость стрельбы была уменьшена до 4 000 зарядов в минуту, но это особенно не помогло. Посадочные огни почти всегда ломались после выстрелов… Стрельба очередью из более чем 30 зарядов вызывала проблемы из-за перегрева…
Но если бы вы каким-то образом закрепили пассажирское сидение, сделали воздушное судно достаточно стойким, чтобы выдержать ускорение, обернули его в аэродинамическую оболочку и убедились в том, что оно будет адекватно охлаждаться…
…то при помощи 6К30ГШ вы могли бы прыгать через горы.
Но все изменилось, потому что теперь у нас есть JB-9 от Jetpack Aviation . Что так долго добиралось сюда? Что отличает это? И есть ли проблемы, о которых нужно беспокоиться? Вот все, что вам нужно знать.
Почему у нас нет реактивных ранцев
Реактивные ранцы сложны, потому что они должны решить очень много сложных проблем, таких как тип используемого топлива, экономическая эффективность указанного топлива, преодоление силы тяжести и веса топлива, поддержание стабильности, интуитивно понятное управление и многое другое. Это сложные вещи.
Google фактически однажды попытался создать реактивный ранец, хотя с тех пор они отказались от проекта. Почему они бросили это? Потому что это было неэффективно — требовалось около четырех галлонов газа на одну милю путешествия — и ревело так же громко, как мотоцикл. Не очень практично.
Фактически, неэффективность, по-видимому, является названием игры, где бы ни были реактивные ранцы — не только в реальной механике, но и в производстве. Большинство рабочих прототипов и моделей имеют ценники к северу от 100 000 долларов. Это наравне с топовыми роскошными автомобилями, поэтому можно с уверенностью сказать, что личные реактивные ранцы недоступны для большинства людей.
До настоящего времени правдоподобными были только два вида реактивных ранцев: двигательные рюкзаки, используемые космонавтами во время космических прогулок (нет гравитации, которую нужно преодолеть) и решения на водной основе, которые не имеют много эфирного времени (используются в основном для развлечений).
Действительно, JetLev может поднять вас из воды и в воздух со скоростью до 24 миль в час. Он работает, всасывая воду вокруг вас и используя его в качестве топлива, поэтому ему требуется водная среда . Непрактично для путешествий, но отлично подходит для отдыха — если вы можете позволить себе раскошелиться на 99 500 долларов.
Что делает JB-9 особенным
С другой стороны, JB-9 — это настоящий персональный реактивный ранец во всех смыслах этого термина. Вы можете надеть его без особых хлопот, его относительно легко контролировать, а технические характеристики впечатляют по сравнению с реактивными ранцами в прошлом: максимальная скорость около 60 миль в час и максимальная высота 10000 футов.
Интересно то, что JB-9 на самом деле использует настоящие турбореактивные двигатели, тот же тип двигателя, который используется в турбореактивных самолетах, хотя те, что используются в JB-9, очевидно, адаптированы, чтобы быть меньше, более сфокусированными и немного более эффективными с топливом ,
Преимущество турбореактивного двигателя заключается в том, что он может быть очень маленьким (и, следовательно, легким) при сохранении большой тяги — и это как раз то, что нужно для реактивного ранца. Для подъема людей требуется большая тяга, и каждая сэкономленная унция — это меньший вес, который требуется двигателю для подъема (и, следовательно, уменьшает расход топлива).
Управление для реактивного ранца настолько же интуитивно понятно, насколько это возможно: ручное управление регулирует величину тяги, двигатели можно наклонять вперед и назад для движения вперед и назад, и вы можете наклоняться влево и вправо для управления поворотом.
Следующая итерация, JB-10, также находится в стадии разработки с заметными улучшениями, такими как повышение скорости горизонтального полета, автоматическая стабилизация и включение парашюта для повышения безопасности.
Недостатки JB-9
Но здесь есть огромный компромисс. Во-первых, JB-9 работает на керосине, а не на бензине, потому что для этого предназначены турбореактивные двигатели. Во-вторых, JB-9 имеет емкость всего 10 галлонов и потребляет это топливо со скоростью 1 галлон в минуту, а общее время полета составляет около 10 минут.
Давайте рассмотрим это в терминах, которые более сопоставимы. На момент написания этой статьи в Нью-Йорке бензин стоил 2 доллара за галлон, а керосин — 2,74 доллара за галлон. Это 24 доллара за полный бак против 27,40 долларов за полный бак, соответственно, и составляет 0,80 долларов за минуту (Martin Jetpack) против 2,74 долларов за минуту (JB-9).
В будущем бензин, скорее всего, будет дороже, чем керосин, поэтому его стоимость немного выровняется, но даже в этом случае более короткое время полета практически лишает его практичности.
Безопасность — еще одна большая проблема. Максимальная высота в 10000 футов велика, если реактивный ранец не даст сбоя, как только вы достигнете своего пика. А что, если вы выйдете из-под контроля или в конечном итоге броситесь в землю? До тех пор, пока не появятся встроенные парашюты и система автоматической стабилизации, JB-9 — случайность, ожидающая своего появления.
Несколько других проблем, которые могут вас беспокоить: турбореактивные двигатели громкие , что делает их непригодными для жилых районов и скрытого использования, а сжигание керосина способствует загрязнению воздуха (хотя в незначительных количествах, когда вы смотрите на общую картину).
Последний облом в том, что пока нет даты выпуска или оценки цены для JB-9. Jetpack Aviation хочет убедиться, что устройство безопасно и готово к продаже, прежде чем объявлять о подобных обещаниях, поэтому, если вы надеетесь получить его сегодня, вам придется подождать немного дольше.
Вы взволнованы JB-9 или думаете, что время для реактивных ранцев давно прошло? Сколько бы вы были готовы потратить на один? Поделитесь с нами ниже!
Людей с реактивными ранцами стали замечать на высоте 900 м, рядом с самолетами. Инцидентами заинтересовалось ФБР, а СМИ пишут об опасности таких полетов. Разбираемся, так ли это и на что способны современные джетпаки
Что случилось
В конце августа человека с реактивным ранцем заметили в аэропорту Лос-Анджелеса. Его увидел пилот самолета American Airlines, заходившего на посадку на высоте 900 м, а также — пилоты двух других самолетов. ФБР начало расследование.
В феврале 2020 года человек с ранцевым двигателем поднялся еще выше — на 1,8 км. Это был француз Винс Реффет, который пролетел над Дубаем со скоростью 240 км/ч и установил мировой рекорд для джетпаков.
Полет Винса Реффета длился три минуты. Чуть позже он повторил полет, при этом взлетел полностью самостоятельно.
Однако в соцсетях не оценили его достижений, обвинив в том, что тот сжигает много топлива и вредит экологии.
Вообще-то джетпаки уже летали рядом с самолетами. Например, в 2015 году швейцарский пилот Ив Росси пролетел на высоте 1 000 м рядом с Аirbus F380. Но тогда это было согласованное мероприятие, и оно не представляло опасности для судна.
Что такое реактивный ранец?
Джетпак — самый компактный из летательных аппаратов. Это ракетный или реактивный ранец, который крепится к спине и поднимает в воздух одного человека.
Есть два типа ранцев — с ракетным или турбореактивным двигателем:
- Первые — самые простые и популярные. Внутри расположен двигатель, который сжигает топливо и выбрасывает вниз реактивную струю. Ранец состоит из корсета, рамы, баллонов с перекисью водорода и азотом, а также двигателя. Управляется он двумя рычагами. Ракетные ранцы относительно безопасны, но расходуют много топлива и летать с их помощью можно недолго. Пилоту понадобится термостойкий костюм, чтобы не получить ожоги от двигателя.
- Ранцы с турбореактивным двигателем работают на керосине, набирают бóльшую высоту и дольше держатся в полете. Главный минус — сложная и дорогая конструкция.
У такого ранца внутри двухконтурный турбореактивный двигатель, где входящий воздух сжимается компрессором и разделяется на два потока. Один из них сгорает и выделяет энергию, а второй помогает охлаждать двигатель и защищает пилота от перегрева. Причем сопла устроены так, что реактивная струя может быть направлена не только вниз, но и в любую другую сторону.
Джетпаки постоянно совершенствуются. Например, за счет электронного управления двигателем. Это облегчает управление и вес ранца, а также позволяет зависать в воздухе и не двигать джойстиками.
Миниатюрные газовые или дизельные двигатели — до 9 кг — тоже облегчают конструкцию. Это позволяет взять с собой дополнительный запас топлива и увеличить время полета.
Эволюция джетпаков: от создания до наших дней
Весь XX век реактивные ранцы интересовали ученых-изобретателей — как революционное средство передвижения — и военных — как способ получить мобильного солдата, способного быстро переместиться из одной точки в другую. Часто они объединялись.
Однако первую работающую модель разработал в 1952 году американец Томас Мур, который использовал наработки немецких инженеров времен Второй мировой войны. Его реактивным жилетом заинтересовались ВВС США и выплатили грант в $25 тыс. На испытаниях жилет поднял человека в воздух всего на несколько секунд, и вскоре проект свернули.
В 1961-м пилот Гарольд Грэм поднялся с летающим ранцем Мура на высоту 34 м. Корпус этой модели был сделан из стеклопластика, что сделало его намного легче металлических предшественников. Однако перекись азота, которую использовали в качестве топлива, была очень дорогой. При этом на 20 секунд полета уходила 19 л.
На следующую — более мощную — разработку в 1969-м военные выделили Муру уже $35 млн. Аппарат разгонялся до 45 км/час, но тормозить при посадке приходилось ногами (при весе ранца в 50 кг), поэтому из-за высокой опасности проект свернули.
В 1984 году другой летчик-испытатель, Уильям Сьютор, поднялся в воздух на церемонии открытия Олимпийских игр в Лос-Анджелесе. Его джетпак все еще был очень тяжелым — 54 кг, а полет длился всего 20 секунд.
В 2006 году появилась первая коммерческая модель ранцев Jetlev-Flyer. Они весили 13,6 кг и крепились к моторной лодке, чей двигатель накачивал воду для создания тяги.
В 2008 году был представлен первый Martin Jetpack. Модель выдерживала до 120 кг, летала до 30 минут на высоте 2,5 км и работала на обычном бензине. И да, судя по всему, это их ранец был замечен над Лос-Анджелесом. У новозеландской компании были все шансы стать лидером рынка. Но работа над второй серией затянулась, и в 2019-м Martin Jetpack закрылась.
Пальму первенства перехватила Jetpack Aviation. В 2015 году ее основатель — бывший коммерческий пилот Дэвид Мэйман — совершил полет вокруг Статуи Свободы в Нью-Йорке. Его ранец весил 38,5 кг, а сам полет длился 10 минут.
Это была модель JB-9, которая позволяет летать на высоте до 3 тыс. м со скоростью до 100 км/ч. В 2016-м Мэйман снова поднялся в воздух, на этот раз в Монако. Он летал около трех минут с помощью новой модели — JB-10. Она была компактнее предыдущей и уже больше походила на ранец, а не на ракетную установку. Такой джетпак летает до 10 минут на той же высоте, но уже со скоростью до 160 км/ч.
Наконец, в 2018 году показали новую версию — JB-11. Он разгоняется до 320 км/ч, набирает высоту до 4,5 км и может летать до 12 минут. Максимальная дальность полета — 32 км, а максимальный вес груза — 120 кг.
Такие аппараты закупили власти Дубая, чтобы использовать их для чрезвычайных ситуаций — например, тушить пожары.
Следующее поколение джетпаков доступно для предзаказа в двух версиях: гражданская и военная. Ранцы развивают скорость до 240 км/ч, летают до 30 минут и выдерживают до 544 кг.
Есть также облегченная версия, которая рассчитана на 19 л топлива и скорость до 100 км/ч. Она не требует лицензии пилота для управления. Экспериментальная не имеет ограничений по объему топлива и скорости, но для ее управления нужна лицензия.
Джетпаки и правда опасны?
Эксперты из ВВС утверждают, что полеты на высоте от 1 км и выше опасны для человека. Пока неизвестно, что будет, если ранец внезапно откажет из-за проблем с двигателем или топливом.
К тому же, на такой высоте пилот может повредить лопасти из-за встречи с птицей, а еще помешать пилотам самолетов. До посадки управление судном, как правило, переводят на автопилот, а любая внезапная помеха требует мгновенной реакции.
Главная проблема — в том, что джетпаки пока не стали массовыми, а многие модели не продвинулись дальше тестовых полетов. Поэтому, как и в случае с беспилотниками, полеты на них пока что вызывают немало страхов.
С другой стороны, у летающих ранцев есть хорошие перспективы стать если не личным, то коммерческим транспортом — например, для доставки грузов. Управление многими моделями простое и не требует лицензии пилота, а для вертикального взлета подойдет любая площадка размером в 1 кв. м.
Читайте также: