世界飛行背包現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢

王保成++陳健

飛行背包（又名“火箭背帶”“單人飛行器”）是一種將小型推進(jìn)裝置捆扎或背負(fù)在操作人員背部，通過使用控制臺(tái)操作類似飛機(jī)或火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理的發(fā)動(dòng)機(jī)，使單個(gè)操作人員可以快速和安全地進(jìn)行短距離飛行并安全著陸的飛行器。自20世紀(jì)問世以來，飛行背包就以其極富科幻色彩的飛行方式引起眾多飛行愛好者和科技人員的興趣，經(jīng)過幾十年發(fā)展，全球范圍內(nèi)從事飛行背包研發(fā)的公司與個(gè)人已經(jīng)發(fā)展出了多種實(shí)用型號(hào)，并不斷以炫酷姿態(tài)出現(xiàn)在世人面前，進(jìn)一步刺激人們追求飛行的愿望。盡管當(dāng)前飛行背包仍面臨滯空時(shí)間短、飛行成本高、操作復(fù)雜等問題，但其發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆?h3>飛行背包的分類

世界各類飛行背包所采用的技術(shù)方案、性能參數(shù)、市場定位等具有較大差異，參照飛行器分類標(biāo)準(zhǔn)可按照以下方式進(jìn)行分類。按照發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理可以分為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)型和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)型，前者包括渦噴型和渦扇型，典型代表為馬丁系列，具有飛行時(shí)間長、成本低、安全性好等特點(diǎn)，而火箭發(fā)動(dòng)機(jī)型的典型代表是Jet PI公司的H202系列，飛行時(shí)間普遍偏短，飛行距離和高度十分受限，但裝備質(zhì)量輕、機(jī)動(dòng)靈活，能快速穿戴，實(shí)現(xiàn)“想飛就飛”;按照起降方式可以分為垂直起降型、投放型、滑跑型，典型代表分別為雷電航空系統(tǒng)公司的TP-R2G2系列、伊夫·羅西的噴氣翼包、弗瑞特茲·優(yōu)格的“天空閃光”;按照研發(fā)目的可以分為面向市場型和個(gè)人娛樂型，由公司研發(fā)的各類飛行背包基本都是面向市場研發(fā)，定位在對(duì)用戶進(jìn)行培訓(xùn)后即可操作使用，目前個(gè)別已經(jīng)投放市場，而伊夫·羅西和特洛伊·哈特門的飛行背包都是具有飛機(jī)駕駛經(jīng)驗(yàn)的飛行愛好者的個(gè)人研發(fā)，對(duì)人員要求較高，基本處于僅供個(gè)人使用狀態(tài)。另外，飛行背包按照所需燃料還可以分為汽油型、煤油型、火箭推進(jìn)劑型，按照飛行空域還可分為超低空型、低空型、中高空型等。當(dāng)前，飛行背包正在迎來一個(gè)技術(shù)不斷提升、型號(hào)不斷完善、市場不斷擴(kuò)大的大好機(jī)遇期。

飛行背包的起源

20世紀(jì)60年代，美國軍方同貝爾航空系統(tǒng)公司進(jìn)行談判，希望后者研發(fā)一款能讓士兵飛躍河流、雷區(qū)、障礙物的小型火箭提升裝置。按照合同，貝爾航空系統(tǒng)公司生產(chǎn)出了使用90%過氧化氫作為燃料，能產(chǎn)生127千牛推力的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。1961年4月20日，哈羅德·格拉哈姆成為第一位在世人面前操作飛行背包進(jìn)行自由飛行的飛行員，此次飛行時(shí)間13秒，飛行速度3～5米/秒，飛行距離約35米。盡管當(dāng)時(shí)貝爾航空系統(tǒng)公司已經(jīng)投入了約38萬美元，但飛行試驗(yàn)結(jié)果不盡如人意，只有20秒左右的滯空時(shí)間，完全無法達(dá)到預(yù)期，這一概念逐漸被軍方放棄。但是，這一具有前瞻性的飛行器卻受到了眾多飛行愛好者的關(guān)注，飛行背包甚至出現(xiàn)在007系列電影和1984年洛杉磯奧運(yùn)會(huì)開幕式上。

隨著科技的不斷進(jìn)步，各國科學(xué)家們?cè)谕晟骑w行背包上已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試，并且取得了各種成果。雖然這一概念仍具有一定風(fēng)險(xiǎn)，但經(jīng)過不懈努力，單人飛行夢(mèng)想已經(jīng)出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)世界中。

世界知名飛行背包

馬丁飛行背包 排在2010《時(shí)代》雜志50項(xiàng)頂級(jí)發(fā)明之列的馬丁飛行背包是由馬丁飛機(jī)公司制造的世界上第一款實(shí)用型飛行背包。其發(fā)明人新西蘭人格倫·馬丁于1981年開始關(guān)注飛行背包的概念并著手進(jìn)行研發(fā)工作，1998年建立馬丁飛機(jī)公司。2008年，馬丁飛行背包在美國一次航展上小試身手，國際社會(huì)反響令人吃驚。馬丁認(rèn)為它堪比戰(zhàn)斗機(jī)，或?qū)氐赘淖兒娇諛I(yè)。

馬丁飛行背包采用雙導(dǎo)管風(fēng)扇提升升力設(shè)計(jì)，使用摩托發(fā)動(dòng)機(jī)通過汽車風(fēng)扇皮帶驅(qū)動(dòng)兩個(gè)風(fēng)扇在酒桶形裝置內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料箱和飛行員處于升力風(fēng)扇中間及下方，以降低重力中心，避免在飛行中上下顛倒。主要使用高強(qiáng)度輕質(zhì)碳纖維制作背包主要構(gòu)件，在原材料中還添加了少量纖維B（一種復(fù)合纖維組織，使被添加物更加牢固），使飛行背包全部重量達(dá)到了200千克。飛行背包使用一臺(tái)容量2升、200馬力的V4雙沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，能承載120千克質(zhì)量，飛行時(shí)間約30分鐘，最大速度74千米/小時(shí)，最高飛行高度可達(dá)1000米。該背包可進(jìn)行垂直起降，適合在其他飛行器無法到達(dá)的狹小空間內(nèi)使用，使用電傳操縱技術(shù)和彈射式降落傘系統(tǒng)，這使其成為最安全的飛行背包之一。

Jet PI公司H202系列 H202系列飛行背包由美國人特洛伊·溫迪格林在其家鄉(xiāng)丹佛創(chuàng)立的飛行背包國際公司制造。其發(fā)動(dòng)機(jī)使用低燃性過氧化氫和過氧化氮相互作用產(chǎn)生推力，燃料箱容量為16.2升，可承載一名體重81.6千克的飛行員，最大速度112.6千米/小時(shí)，飛行距離可達(dá)402米，飛行高度36.5米，飛行時(shí)間23秒。

作為H202改進(jìn)型的H202-Z飛行背包是目前世界上最輕最小的飛行背包，整機(jī)約為56千克，整體質(zhì)量較馬丁飛行背包輕許多，比其原型具有更大的推力、更遠(yuǎn)的飛行距離和更長的滯空時(shí)間。

H202-Z型仍能攜帶81.6千克的飛行員，最大飛行速度可達(dá)到124千米/小時(shí)。其發(fā)動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生近136千牛推力，全部飛行時(shí)間33秒，燃料箱容積20升，飛行距離可達(dá)762米。

2015年7月，該飛行背包在百度新聞和極客公園發(fā)起舉辦的新飛行時(shí)代論壇上由飛行經(jīng)驗(yàn)豐富的尼克·麥康柏駕駛實(shí)現(xiàn)了在華首飛，引起了眾多參觀者的極大興趣。

TAM公司的“火箭背帶”系列 名為“火箭背帶”的系列飛行背包由墨西哥航天科技公司（TAM）生產(chǎn)，該公司是世界上第一家，也是惟一一家使用先進(jìn)技術(shù)和航空材料生產(chǎn)全套定制型飛行背包的公司，其使用特殊蒸餾機(jī)生產(chǎn)自己的火箭級(jí)過氧化氫燃料。

TAM公司的“火箭背帶”系列飛行背包可使用3個(gè)不同的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和框架尺寸以適應(yīng)不同飛行員體重，針對(duì)不同的平衡性、穩(wěn)定性、操控性等飛行要求，可選擇長、中、短共3種不同大小的燃料箱，同時(shí)還有5種控制閥和流速，5種不同的噴管配置，為飛行員定制的碳纖維緊身衣。TAM公司研發(fā)的抬頭顯示型電子控制計(jì)時(shí)器，還提供5次在定制飛行背包上的飛行訓(xùn)練，以及全天24小時(shí)全球技術(shù)保障。

雷電航空系統(tǒng)公司TP-R2G2系列 雷電航空系統(tǒng)公司在2004～2006年生產(chǎn)的TP-R2G2型飛行背包是TP-R1G2型的后續(xù)產(chǎn)品。TP-R2G2型生產(chǎn)了兩個(gè)型號(hào)：TP-R2G2M（單元推進(jìn)劑型）和TP-R2G2D（雙燃料型）。

TP-R2G2M是該公司的旗艦產(chǎn)品，在承載72.5千克的標(biāo)準(zhǔn)飛行員時(shí)飛行滯空時(shí)間可達(dá)45秒。按照飛行時(shí)燃料載荷、飛行員體重以及負(fù)載和加速度的變化，其實(shí)際滯空時(shí)間也會(huì)不同。TP-R2G2D在承載72.5千克標(biāo)準(zhǔn)飛行員和一個(gè)9千克負(fù)載的情況下，最大滯空時(shí)間為75秒。

兩種型號(hào)最大起飛重量都是154千克。TP-R2G2使用高質(zhì)過氧化氫，雙推型還能使用噴氣推進(jìn)劑JP4、JP5或JP10。雙推型速度達(dá)到120千米/小時(shí)，飛行距離1112米。

伊夫·羅西噴氣翼包 瑞士人伊夫·羅西曾擔(dān)任過瑞士空軍飛行員，退役后在瑞士國際航空公司工作，同時(shí)他也是大名鼎鼎的噴氣翼包的設(shè)計(jì)師。其設(shè)計(jì)的噴氣翼包集成了類似飛機(jī)機(jī)翼的翼面，翼展約為2.4米，并裝有4臺(tái)航模用P200“噴氣貓”小型噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料為煤油。

該飛行背包最初設(shè)計(jì)只安裝2臺(tái)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，后來安裝了4臺(tái)。由于碳纖維翼面結(jié)構(gòu)限制了垂直起飛能力，所以該型背包需要從直升機(jī)、飛機(jī)或熱氣球上投放。推進(jìn)系統(tǒng)提供的充足推力能使背包平均速度達(dá)到200千米/小時(shí)，最高速度可達(dá)304千米/小時(shí)。伊夫和他的搭檔一同駕駛該飛行背包飛行過很多地方，如阿爾卑斯山、富士山、科羅拉多大峽谷等。

噴氣翼包飛躍富士山

特洛伊·哈特門個(gè)人滑翔傘飛行背包 特洛伊·哈特門是一名前美軍飛行員，其個(gè)人手工打造了一款由2臺(tái)小型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的飛行背包，該背包的顯著特點(diǎn)就是需要同滑翔傘結(jié)合使用，由2臺(tái)最初計(jì)劃用在無人機(jī)上的小型大功率噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)捆綁在其背部，通過手中的線控器控制加力，從地面起飛時(shí)需要足夠大的風(fēng)才能展開滑翔傘進(jìn)行加力起飛，所以該飛行背包更像是帶有背負(fù)式動(dòng)力的滑翔傘。

哈特門從2008年開始研究噴氣翼，后來發(fā)展成單人飛行背包。作為飛行背包設(shè)計(jì)測試的一部分，哈特門在2012年8月成功使其噴氣背包以“速度翼”飛行。

動(dòng)力間產(chǎn)品公司飛行背包 動(dòng)力間產(chǎn)品公司的飛行背包在1981年7月問世，該公司由俗稱“火箭人”的肯尼·吉布森擁有并運(yùn)營，其飛行背包性能通過公司在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行的展示中多次得到驗(yàn)證。動(dòng)力間產(chǎn)品公司已經(jīng)在40多個(gè)國家里進(jìn)行了700多次飛行展示。該公司的飛行背包不銷售，但可以租。

該飛行背包使用非易燃性推進(jìn)劑以實(shí)現(xiàn)362千牛推力。飛行背包可飛行150～200米距離，高度可達(dá)20～25米。

弗瑞特茲·優(yōu)格的飛行背包“天空閃光”飛行背包由德國人弗瑞特茲·優(yōu)格和他一幫德國伙伴靠微薄的網(wǎng)站廣告和捐款資助完成。該飛行背包有可變形的機(jī)翼、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架、機(jī)翼內(nèi)置油箱，與其說是飛行背包，倒不如說是世界上最小的一款“單人懸掛式飛機(jī)”。該背包使用現(xiàn)代飛機(jī)才有的機(jī)翼形變技術(shù)，只是變化范圍很小。其硬質(zhì)翼翼展約3.4米，使用安裝在“翼體”內(nèi)的兩臺(tái)微型柴油渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。該背包內(nèi)置計(jì)算機(jī)和電子設(shè)備，計(jì)算機(jī)通過綁扎在飛行員手臂上的8英寸圖形接口進(jìn)行控制。

該背包從地面起飛時(shí)使用4個(gè)附著在飛行員胸部和腹部的25.4厘米越野輪滑行起飛，具有在草地上的起飛的能力，全重25千克，最大起飛重量161千克。兩臺(tái)強(qiáng)有力的B300F發(fā)動(dòng)機(jī)能為起飛提供充足動(dòng)力。

在2013年6月進(jìn)行的飛行測試中，“天空閃光”以1.5米高度飛行了35米。全段測試中，由80千克的配重替代飛行員。

雖然仍處于測試階段，“天空閃光”飛行背包設(shè)計(jì)要最終實(shí)現(xiàn)巡航速度126千米/小時(shí)，距離100千米，最大飛行高度3600米，飛行時(shí)間1小時(shí)。優(yōu)格對(duì)該背包如何實(shí)現(xiàn)安全著陸仍閃爍其詞，據(jù)推測應(yīng)該是采用降落傘方式著陸。

發(fā)展前景

盡管現(xiàn)有各種飛行背包無法像科幻大片一樣隨時(shí)隨地想飛就飛，更不能像經(jīng)典的《紅色警戒》游戲里飛行兵一樣投入戰(zhàn)斗，但這項(xiàng)神奇的發(fā)明仍具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

一個(gè)發(fā)展方向就是飛行背包最初發(fā)展的各項(xiàng)“正規(guī)”用途，例如偵察、勘察、救援等。走在前列的就是馬丁飛行背包，飛行速度快、滯空時(shí)間長的特點(diǎn)使其可以進(jìn)入一些從地面難以到達(dá)的區(qū)域，一些軍方、民防機(jī)構(gòu)就對(duì)其產(chǎn)生了濃厚的興趣。2015年11月，迪拜為其消防部門以15萬美元的單價(jià)采購20個(gè)馬丁飛行背包，成為世界上第一個(gè)批量使用飛行背包的用戶，主要用于高層樓宇災(zāi)情勘察與救援。馬丁飛行背包1分鐘內(nèi)就能飛到1000米高度，超過迪拜最高建筑828米的哈利法塔，其滯空時(shí)間可達(dá)30分鐘，為飛行員提供了充足時(shí)間查看火情，并向地面人員匯報(bào)。同時(shí)，馬丁飛行背包還可以進(jìn)行無人或遙控飛行，一名飛行員可以引領(lǐng)另一個(gè)飛行背包到受困人員的位置進(jìn)行救援，一同飛離火場。由于馬丁飛行背包體積仍偏大，不便于運(yùn)輸，實(shí)際使用效能仍有待實(shí)踐檢驗(yàn)。

另一個(gè)發(fā)展方向就是近幾年發(fā)展迅速的休閑娛樂業(yè)。將燃料量和滯空時(shí)間這一矛盾解決較好的就是娛樂用水上飛行背包，其采用“就地取材”方式，使用柔軟的輸水管與背包相連，通過反向噴水提供動(dòng)力，能長時(shí)間在距水面9米左右飛行，現(xiàn)在已經(jīng)成為風(fēng)靡世界的高端水上休閑運(yùn)動(dòng)。其他火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行背包雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)短距離飛行，但依舊是土豪飛行愛好者才玩得起的玩具，單次飛行成本較高仍是制約其市場化的瓶頸。

目前，對(duì)飛行背包如何有效進(jìn)行監(jiān)管在絕大部分國家仍處于空白，也沒有相關(guān)的規(guī)章制度可借鑒。隨著飛行背包逐步進(jìn)入市場，航空管理部門應(yīng)當(dāng)及時(shí)出臺(tái)相關(guān)規(guī)定。新西蘭在這方面起步較早，很早就為馬丁飛行背包頒發(fā)了執(zhí)照，但手續(xù)比較復(fù)雜，且要求駕駛?cè)藛T必須拿到飛行駕照方可升空。

飛行背包在國內(nèi)的研發(fā)和市場開發(fā)仍處于一片空白，僅有Jet PI公司的H202-Z在華進(jìn)行過展示，其他型號(hào)未見公開飛行。2015年，國內(nèi)某網(wǎng)站將馬丁飛行背包定價(jià)到150萬元，交貨地點(diǎn)在深圳。目前，在國內(nèi)航空管制仍未完全放開的情況下，該類產(chǎn)品由誰管理、如何管理等問題仍待深入探討。

責(zé)任編輯：彭振忠