Rocket Man. Взлёты и падения реактивных ранцев
Знаете какая еда является самой технологичной? Пицца. Не потому, что при приготовлении используется какая-либо высокотехнологичная методика. Причины простые: пицца очень популярна во всём мире и её доставку можно заказать практически в любом городе.
Одними из первых коммерческих сайтов были сайты по доставке пиццы. Первые биткоины были потрачены на пиццу. Первых дронов использовали для доставки пиццы. Для доставки также использовали разных роботов. Есть специальные пиццематы для быстрого приготовления пиццы, а НАСА выделяла грант на разработку 3D-принтера для приготовления пиццы для космонавтов на орбите. Пицца-вечеринки обычное дело в космосе.
Pizza Hut однажды доставляла астронавтам на орбитальной станции свою пиццу, в рамках рекламной компании. И вот другая знаменитая пиццерия — Domino’s, теперь будет доставлять пиццу с помощью реактивных ранцев, тоже в целях рекламы. Domino’s заключила партнёрское соглашение с компанией по разработке реактивных костюмов Gravity Industries, чтобы доставлять пиццу на фестиваль в Гластонбери в этом году, где хедлайнером выступит сам Rocket Man — Элтон Джон.
Пока что все технологии связанные с пиццей взлетели: биткоины обновляют планку, роботы и дроны стали широко использоваться, а НАСА не исключает, что их 3D-принтер для еды станет такой же обычной вещью, как микроволновка. Возможно, в ближайшем будущем реактивные ранцы тоже станут использоваться людьми для повседневных задач.
В течение почти 80 лет военные по всему миру изучали использование реактивных ранцев для решения проблем с доступностью на коротких дистанциях. Год назад Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) начала финансирование разработки джетпаков.
Варианты использования очевидны и, возможно, необходимы сегодня так же, как и во время Второй мировой войны: от доступа к возвышенным объектам до обхода препятствий в боевых или спасательных операциях. На карту поставлена не только возможность оперативного преимущества, но и финансовые возможности. Текущая стоимость решений вертикального взлёта и посадки (СВВП) значительна, особенно если учитывать техническое обслуживание, обучение наземного персонала и пилотов, не говоря уже о планере. Таким образом, персональная воздушная мобильность на короткие расстояния, которая не требует инфраструктуры и затрат на обычные самолёты, может принести значительную стратегическую выгоду. Но, несмотря на почти столетние попытки, поиски продолжаются.
Первые полёты
Концепция реактивного ранца, или ракетного ранца, использующего тягу от ракетных двигателей, была впервые придумана русским изобретателем Александром Андреевым в 1919 году. По своей сути конструкция представляла собой просто ракетный двигатель, помещенный в ранец. Хотя Андрееву патент и был выдан, устройство так и не было построено или даже прототипировано. Чуть более двух десятилетий спустя, когда Бак Роджерс познакомил с концепцией реактивного ранца фанатов научной фантастики, первыми начали экспериментировать с созданием подобного устройства нацисты. Секретный нацистский проект под кодовым названием «Himmelstürmer» должен был позволить сапёрам и пехоте с легкостью пересекать реки, минные поля и другие препятствия. Устройство позволяло скорее не совершать полёт, а делать 70-метровые прыжки с помощью небольшой импульсной струи, питаемой от отдельного кислородного баллона. К концу войны проект всё ещё находился в экспериментальной стадии, и уцелел только один прототип.
К сожалению, общедоступных изображений системы нет. После войны прототип был передан Германией США — Уэнделлу Муру и его команде в Bell Aerosystems в Нью-Йорке.
Мур был первым человеком, который разработал то, что мы сегодня знаем как реактивный ранец. После трёх лет испытаний армия США выделила Bell Aerosystems 25 000 долларов на создание действующего прототипа, и в апреле 1961 года Rocket Belt совершил первый свободный полёт. Используя технологию, которую Лоуренс Белл первоначально разработал для космической программы США, конструкция была поразительно простой, но очень рискованной. Азот под давлением, содержащийся в центральном резервуаре за спиной лётчика, используется для проталкивания перекиси водорода из двух внешних резервуаров через серебряный катализатор. Химический распад катализатора приводит к образованию пара под высоким давлением, который обеспечивает достаточную тягу, чтобы поднять устройство с лётчиком в воздух. Тяга пара управляется пилотом с помощью сопел с рычажным управлением для обеспечения направленного полёта. Киноленты ранних демонстраций показывают изящные маневры над препятствиями и местностью. Однако из отснятого материала не видно, что для достижения безопасного уровня лётной готовности потребовались многие месяцы обучения на привязи и на тросе. Билл Сьютор, возможно, один из самых опытных в мире пилотов реактивных ранцев, описывает обучение полётам на ракетном поясе как «попытку балансировать, стоя на пляжном мяче в океане». В дополнение к сложности обучения, военных также не впечатлил вес системы (57 кг, вместе с топливом), шум в 130 дБ и чересчур короткое время полёта, равное максимум 21 секунде.
Неудивительно, что Министерство обороны США прекратило финансирование Rocket Belt, но в 1965 году был заключён новый исследовательский контракт на увеличение времени полёта с использованием реактивного двигателя. Williams Research Corp разработала WR19, небольшой турбореактивный двигатель с тягой 1900 ньютонов, чтобы заменить ракету на перекиси водорода. Это позволило Bell Aerosystems значительно увеличить время полёта своего ранца до 5 минут с помощью керосинового векторного сопла «Jet Belt».
Однако, не только время полёта ограничивало использование джетпака в военных целях. Реактивный пояс было очень сложно обслуживать. Он был настолько тяжёлым, что при приземлении существовал риск травм позвоночника. И им всё ещё было так же трудно управлять во время полётов. Армия США снова потеряла интерес, и проект «Jet Belt» закрылся. Позже двигатель WR19 использовался в ракете Tomahawk TLAM и большинстве других ракетных систем США с 1980-х годов, поэтому программа Jet Belt была косвенно очень прибыльной для участвующих компаний.
Редкие влёты
Всего через несколько недель после первого свободного полёта Jet Belt Уенделл Мур умер от проблем с сердцем, и в течение следующих нескольких десятилетий с технологией ничего не происходило. Конструкция Jet Belt с одной турбиной больше никогда не появлялась, но Rocket Belt с перекисью водорода демонстрировался по всему миру для трюков и развлечений. Его использовал Шон Коннери (точнее, Билл Сьютор как его дублёр) в фильме «Шаровая молния». Проект демонстрировался на церемонии открытия Олимпиады 1984 года в Лос-Анджелесе. И даже Майкл Джексон «летал» на реактивом ранце на сцене во время концертного тура в 1992 году.
На съёмках фильма «Шаровая молния»
Олимпиада 1984 года
Майкл Джексон
На протяжении многих лет любители-умельцы по всему миру собирали свои собственные версии ракетного пояса, работающего на перекиси водорода, хотя в этом не было ничего особенно нового с технологической точки зрения. Одна из этих систем была построена Дэвидом Мейманом и Нельсоном Тайлером. Это на шаг приблизило создание систем полёта с газовыми турбинами и основанию компании Jetpack Aviation в 2006 году.
Экспериментируя с газовыми микротурбинами, используемыми в основном радиолюбителями, Мейман и Тайлер разработали итерации конструкции небольших двигателей. Революционный двухмоторный JB10 может похвастаться тягой 160 кг, максимальной высотой полёта 4500 метров, скоростью полёта вперед 300 км/ч, продолжительностью полёта 10 минут, сертификацией FAA и поддержкой Командования специальных операций США (USSOCOM). Впечатляющая статистика от настоящих пионеров в этой области. Но с заправленным топливом весом около 60 кг и сложным интерфейсом управления, разработанным пилотами для пилотов, этот реактивный ранец по-прежнему недоступен обычному человеку или даже солдату. Вместо этого компания недавно переключила внимание на крылатую мотоциклетную версию своей технологии — Speeder.
JB10
Бывший швейцарский летчик-истребитель Ив Росси представил другой подход со своим изобретением Jet Wing с газовой микротурбиной. Благодаря 2,4-метровому аэродинамическому крылу из углеродного волокна дополнительная подъемная сила позволяет ему развивать скорость 290 км/ч на типичных для самолётов высотах в течение 20 минут.
Запуск с вертолёта и приземление с парашютом означает, что варианты использования до сих пор ограничивались лишь захватывающими маркетинговыми демонстрациями и установлением рекордов. Последние модификации показали зарождающуюся способность вертикального взлёта и посадки. Но 2,4-метровое крыло является совершенно не практичным и не эстетичным приспособлением. Следует отметить использование парашюта. Ниже высоты 5 метров человек может пережить падение, выше 90 метров можно использовать парашют. Но между этими высотами выживание маловероятно, так как для раскрытия парашюта недостаточно времени.
Вот почему большинство пилотов реактивных ранцев предпочитают летать низко и, как правило, над водой, когда это возможно. К сожалению, несмотря на то, что это единственная персональная система воздушной мобильности, оснащенная парашютом, тренировочный полёт Jet Wing привёл к гибели пилота Винса Реффета в 2020 году, когда он упал с высоты 240 м, не успев раскрыть свой парашют.
Фрэнки Запата заработал славу в сфере воздушной мобильности за свой минималистичный Flyboard Air. Им использовались газовые микротурбины, но на этот раз на небольшой платформе, прикреплённой к паре ботинок.
Взлетая и приземляясь с приподнятой стальной платформы, французский изобретатель носит рюкзак, полный керосина, в сочетании ручного дросселя для баланса и смещения собственного центра тяжести для направленного полёта. Успешное пересечение Ла-Манша примерно за 20 минут (с быстрой посадкой на лодку для дозаправки на полпути) демонстрирует хорошие возможности системы. Но его недавнее неконтролируемое вращение и авария раскрывают очевидные риски.
Несмотря на щедрый грант в размере 1,3 млн евро на развитие этого проекта, Французское агентство оборонных инноваций заявило, что система не готова к использованию в военных целях из-за её сложности в полёте. Однако в 2017 году USSOCOM профинансировал испытания более простого варианта устройства EZ-Fly, которое напоминает летающий Segway и показало некоторые перспективы для использования в военных целях.
В социальных сетях широко представлен реактивный костюм Gravity Industries, созданный британским изобретателем Ричардом Браунингом, который хотел дополнить человеческое тело технологиями, достаточными для того, чтобы он мог летать. С одной газовой микротурбиной на спине и двумя дополнительными турбинами на каждой руке, Браунинг использует векторную тягу для достижения вертикального взлёта и посадки и около 5 минутного направленного полёта. Его простота делает реактивный костюм как бы действительно продолжением человека.
Серия впечатляющих испытаний, проведённых Браунингом с полицией, военными и спасателями в горах, сделала ранние варианты использования реактивных ранцев 1960-х годов правдоподобными. Но тем не менее, высота, скорость и устойчивость реактивного костюма — всё это функции когнитивного и физического самоконтроля. И хотя полёт на привязи, вероятно, достижим для некоторых людей после недели интенсивных тренировок, освоение системы для безопасного свободного полёта занимает очень много времени.
Наши дни и будущее
Неизбежным недостатком всех обсуждаемых здесь конструкций является значительное время, необходимое для того, чтобы научиться безопасно летать без привязи. Длительное обучение пилотов является общепризнанной необходимостью в мире обычных самолётов, но в области персональных носимых летательных аппаратов, когда медик, инженер или солдат должны летать самостоятельно, не полагаясь на профессионального пилота, процесс обучения имеет решающее значение для осуществимости.
После освоения техники полёт на реактивном ранце становится таким же интуитивно понятным, как езда на велосипеде, но для достижения такого уровня навыков обычно требуется много месяцев или лет обучения. С 21 секундой или даже 5 минутами до дозаправки обучение становится трудоёмким и дорогостоящим мероприятием. Быстрое и простое управление было ключевым требованием для пилота в 1960-х годах, и спустя шесть десятилетий инноваций его до сих пор не выполнили. Но это может скоро измениться благодаря новаторской работе британских новичков Maverick Aviation Ltd.
Главный технический директор компании Мэтт Дентон разработал инновационный реактивный ранец, которым необычайно легко управлять, потому что Maverick Jetpack впервые среди носимых систем управления полётом оснащён системой автоматической стабилизации полёта.
Дентон — отмеченный наградами голливудский инженер по робототехнике и системам управления, работавший над последними фильмами «Звездные войны», «Мир Юрского периода» и «Гарри Поттер».
Maverick получила финансирование от правительства Великобритании на создание концептуальной демо-версии для наземной и морской энергетики, и их первые успешные полёты произошли в 2021 году. Управление этим реактивным ранцем так же интуитивно понятно, как управление электрическим дроном, но с грузоподъёмностью до 150 кг благодаря мощным газотурбинным двигателям.
Может показаться простой технической задачей применить стабилизацию реактивных двигателей, как у дронов, но реактивные самолёты недостаточно чувствительны, чтобы обеспечить необходимую быструю и постоянную регулировку тяги. Maverick разработала новую систему, сочетающую быстрые изменения вектора тяги с изменениями величины тяги для достижения стабильности и направленного полёта. Если учесть, что центр тяжести человека непредсказуемый и смещающийся, можно представить изобретательность системы управления полетом Maverick.
Разработка этой уникальной технологии стала возможной благодаря созданию точного цифрового двойника всей системы, включая оператора, для использования в качестве песочницы для экспериментов. Безопасность решается несколькими реверсивными режимами и даже резервированием двигателя;, а благодаря сложному полётному компьютеру автономная «hail function» позволит Maverick Jetpack беспилотно долететь до нужного местоположения.
В настоящее время компания занимается сбором средств для вывода своей технологии на рынок, а с учётом заявленных патентов и заключённого военного контракта использование реактивных ранцев Maverick для спасательных, охранных и развлекательных целей становится привычным зрелищем.
В мире, где растёт использование беспилотных летательных аппаратов, всегда будут моменты, когда могут понадобится эксперты для решения тех или иных задач быстро; будь то инженер, спасатель, солдат или курьер с пиццей. И в ближайшем будущем все они, наконец, смогут летать — безопасно и с минимальной подготовкой.
