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钢铁侠的“虎翼”——喷气背包

2019-03-11 11:10 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:兰顺正

  策划:宋雅娟

  监制:光明网科普事业部

  在各种科幻作品中我们经常可以看到这样的场景,主人公背着一个能够喷射火焰的“背包”在天空自由翱翔,其实在现实中这样的设备已经存在几十年了。

钢铁侠的“虎翼”——喷气背包

“个人火箭”设想早已出现

(图片来自网络)

  “个人火箭”由来已久

  如何让单兵具备飞行能力是军事大国一直以来梦寐以求的事情,这其中喷气背包就是重要的研究方向之一。喷气背包是一种通过控制器控制喷气推力的大小,以让使用者达到一定的飞行速度与高度,并能实现软着陆的飞行器。

  1949 年美国军方就开始进行喷气背包的生产和设计。在1967年,美国贝尔公司(该公司制造的UH-1早越战中被美军大量使用)发明了一种喷射背包并取得了试飞的成功。贝尔公司设想,揹负喷射背包的飞行士兵,可以澈底改变战争面目这套设备是当时轻型机动系统 (Light Mobility Systems,LMS)的计划一部分,最初的设计是一种单人的直升机,之后改造成喷射背包。贝尔认为这将是侦察部队的理想工具。喷射士兵可以飞在部队前面探查,找到敌方部队就回报给指挥官来计划行动。喷气背包的海军陆战队员可以从海岸线发起两栖攻击,或是迅速突袭敌人的据点,从背后攻击他们。虽然当时的背包成功试飞,但在随后的评估中美军认为这种装备不切实际,因为所设想的飞行士兵都在离地10到50米的高度飞行,极易暴露在敌人的火力之下成为首先被击落的目标,所以该类装备被否决了。

钢铁侠的“虎翼”——喷气背包

“火箭人”飞入会场

(图片来自网络)

  不过在1984年的洛杉矶奥运开幕式上,背着喷气背包的演员飞入会场,给观众留下了深刻的影响,而这也是“喷气人”第一次进入公众视野。

  小小背包如何载人上天

  贝尔喷气背包是这样工作的:火箭背包里含有三种物质,它们能发生化学反应并产生推动力:过氧化氢推进剂、高压氮气、表面覆盖着硝酸钐的银(起催化剂的作用)。火箭背包上安放的两只金属罐一共装有约23升的H2O2推进剂。使用者打开阀门后,高压氮气会被释放,将H2O2推入催化剂室中。一旦进入催化剂室,H2O2便会和银材料发生反应并转化成743℃的高压高温蒸汽。蒸汽从由金属罐顶端沿侧面延伸至使用者双臂后方的两条弯管中急速喷出。管道均用绝热材料包裹以防热量流失。(由于热量很高,使用者必须穿上耐热服来防止灼伤。)水和蒸汽从排气管末端的两个喷嘴里喷出,产生超过1335牛顿的推力,这样的推力远可以将使用者送上天空做一次简短的火箭飞行。目前很多其他厂商研制的喷气背包都采用了类似的原理。

  如今普及难未来前景阔

  如今,各种喷气背包已经在各种大型活动乃至选秀节目中出现了,但是距离大规模普及还是长路漫漫。首先最关键的一点,就是留空时间太短了。虽然在测试中喷气背包可以飞出160公里左右的时速,但留空时间往往只有几十秒,随后就得因燃料耗尽而落地,也就是说只能做一次性的长距离“跳远”。随之而来的就是成本高,据计算采用贝尔喷气背包原理的飞行器在30秒的飞行过程中将消耗23升的燃料,是名副其实的“油老虎”。另外,这种装备操作起来比较复杂,有一定的危险性,人员需要经过专门的培训才行。

钢铁侠的“虎翼”——喷气背包

现在的喷气背包对驾驶技术要求较高

(图片来自网络)

  不过喷气背包的未来前景是十分广阔的。未来战场空中化、陆军飞行化将是大势所趋,只要解决了上诉难题,喷气背包能让每一个士兵都具备飞行能力,届时脱离地表束缚的“两条腿”必将引发新一轮军事变革,而一旦喷气背包能与“单兵外动力骨骼”相结合,那么真正意义上的“钢铁侠”就将诞生。同时除了军事以外,喷气背包在抢险救灾、野外探险、交通物流方面也是大有可为,将来可能会成为民众生活中的一部分。

  划重点:喷气背包是一种通过控制器控制喷气推力的大小,以让使用者达到一定的飞行速度与高度,并能实现软着陆的飞行器,可以让普通人具备翱翔天际的能力,未来随着相关难题得到解决,喷气背包必将被普及。

[责任编辑:武玥彤]

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