世界飞行背包现状与未来发展趋势

世界飞行背包现状与未来发展趋势飞行背包（又名“火箭背带”“单人飞行器”）是一种将小型推进装置捆扎或者背负在操作人员背部，通过使用控制台操作类似飞机或者火箭发动机原理的发动机，使单个操作人员可以快速和安全地进行短距离飞行并安全着陆的飞行器。自20世纪问世以来，飞行背包就以其极富科幻色采的飞行方式引起众多飞行爱好者和科技人员的兴趣，经过几十年发展，全球范围内从事飞行背包研发的公司与个人已经发展出了多种实用型号，并不断以炫酷姿态浮现在世人面前，进一步刺激人们追求飞行的愿望。尽管当前飞行背包仍面临滞空时间短、飞行成本高、操作复杂等问题，但其发展潜力十分巨大。飞行背包的分类世界各类飞行背包所采用的技术方案、性能参数、市场定位等具有较大差异，参照飞行器分类标准可按照以下方式进行分类。按照发动机工作原理可以分为飞机发动机型和火箭发动机型，前者包括涡喷型和泯扇型，典型代表为马丁系列，具有飞行时间长、成本低、安全性好等特点，而火箭发动机型的典型代表是JetPI公司的H202系列，飞行时间普遍偏短，飞行距离和高度十分受限，但装备质量轻、机动灵便，能快速穿戴，实现“想飞就飞”；按照起降方式可以分为垂直起降型、投放型、滑跑型，典型代表分别为雷电航空系统公司的TP-R2G2系列、伊夫•罗西的喷气翼包、弗瑞特兹•优格的“天空闪光”；按照研发目的可以分为面向市场型和个人娱乐型，由公司研发的各类飞行背包基本都是面向市场研发，定位在对用户进行培训后即可操作使用，目前个别已经投放市场，而伊夫•罗西和特洛伊-哈特门的飞行背包都是具有飞机驾驶经验的飞行爱好者的个人研发，对人员要求较高，基本处于仅供个人使用状态。止匕外，飞行背包按照所需燃料还可以分为汽油型、煤油型、火箭推进剂型，按照飞行空域还可分为超低空型、低空型、中高空型等。当前，飞行背包正在迎来一个技术不断提升、型号不断完善、市场不断扩大的大好机遇期。飞行背包的起源20世纪60年代，美国军方同贝尔航空系统公司进行谈判，希翼后者研发一款能让士兵飞跃河流、雷区、障碍物的小型火箭提升装置。按照合同，贝尔航空系统公司生产出了使用90%过氧化氢作为燃料，能产生127千牛推力的火箭发动机。1961年4月20日，哈罗德•格拉哈姆成为第一位在世人面前操作飞行背包进行自由飞行的飞行员，此次飞行时间13秒,飞行速度3〜5米/秒，飞行距离约35米。尽管当时贝尔航空系统公司已经投入了约38万美元，但飞行试验结果不尽如人意，惟独20秒摆布的滞空时间，彻底无法达到预期，这一概念逐渐被军方抛却。但是，这一具有前瞻性的飞行器却受到了众多飞行爱好者的关注，飞行背包甚至浮现在007系列电影和1984年洛杉矶奥运会开幕式上。随着科技的不断进步，各国科学家们在完善飞行背包上已经进行了许多尝试，并且取得了各种成果。虽然这一概念仍具有一定风险，但经过不懈努力，单人飞行梦想已经浮现在现实世界中。世界知名飞行背包马丁飞行背包排在2022《时代》杂志50项顶级发明之列的马丁飞行背包是由马丁飞机公司创造的世界上第一款实用型飞行背包。其发明人新西兰人格伦・马丁于1981年开始关注飞行背包的概念并着手进行研发工作，1998年建立马丁飞机公司。2022年，马丁飞行背包在美国一次航展上小试身手，国际社会反响令人吃惊。马丁认为它堪比战斗机，或者将彻底改变航空业。马丁飞行背包采用双导管风扇提升升力设计，使用摩托发动机通过汽车风扇皮带驱动两个风扇在酒桶形装置内水平旋转。发动机、燃料箱和飞行员处于升力风扇中间及下方，以降低重力中心，避免在飞行中上下颠倒。主要使用高强度轻质碳纤维制作背包主要构件，在原材料中还添加了少量纤维B（一种复合纤维组织，使被添加物更加坚固），使飞行背包全部重量达到了200千克。飞行背包使用一台容量2升、200马力的V4双冲程汽油发动机，能承载120千克质量，飞行时间约30分钟，最大速度74千米/小时，最高飞行高度可达1000米。该背包可进行垂直起降，适合在其他飞行器无法到达的狭小空间内使用，使用电传控制技术和弹射式降落伞系统，这使其成为最安全的飞行背包之一。JetPI公司H202系列H202系列飞行背包由美国人特洛伊-温迪格林在其家乡丹佛创立的飞行背包国际公司创造。其发动机使用低燃性过氧化氢和过氧化氮相互作用产生推力，燃料箱容量为16.2升，可承载一位体重81.6千克的飞行员，最大速度H2.6千米/小时，飞行距离可达402米,飞行高度36.5米，飞行时间23秒。作为H202改进型的H202-Z飞行背包是目前世界上最轻最小的飞行背包，整机约为56千克，整体质量较马丁飞行背包轻许多，比其原型具有更大的推力、更远的飞行距离和更长的滞空时间。H202-Z型仍能携带81.6千克的飞行员，最大飞行速度可达到124千米/小时。其发动机能产生近136千牛推力，全部飞行时间33秒，燃料箱容积20升，飞行距离可达762米。2022年7月，该飞行背包在百度新闻和极客公园发起举办的新飞行时代论坛上由飞行经验丰富的尼克•麦康柏驾驶实现了在华首飞，引起了众多参观者的极大兴趣。TAM公司的“火箭背带”系列名为“火箭背带”的系列飞行背包由墨西哥航天科技公司（TAM）生产，该公司是世界上第一家，也是惟一一家使用先进技术和航空材料生产全套定制型飞行背包的公司，其使用特殊蒸储机生产自己的火箭级过氧化氢燃料。TAM公司的“火箭背带”系列飞行背包可使用3个不同的火箭发动机和框架尺寸以适应不同飞行员体重，针对不同的平衡性、稳定性、操控性等飞行要求，可选择长、中、短共3种不同大小的燃料箱，同时还有5种控制阀和流速，5种不同的喷管配置，为飞行员定制的碳纤维紧身衣。TAM公司研发的抬头显示型电子控制计时器，还提供5次在定制飞行背包上的飞行训练，以及全天24小时全球技术保障。雷电航空系统公司TP-R2G2系列雷电航空系统公司在2022〜2022年生产的TP-R2G2型飞行背包是TP-R1G2型的后续产品。TP-R2G2型生产了两个型号：TP-R2G2M（单元推进剂型）和TP-R2G2D（双燃料型）。TP-R2G2M是该公司的旗舰产品，在承载72.5千克的标准飞行员时飞行滞空时间可达45秒。按照飞行时燃料载荷、飞行员体重以及负载和加速度的变化，其实际滞空时间也会不同。TP-R2G2D在承载72.5千克标准飞行员和一个9千克负载的情况下，最大滞空时间为75秒。两种型号最大起飞分量都是154千克。TP-R2G2使用高质过氧化氢，双推型还能使用喷气推进剂JP4、JP5或者JP10。双推型速度达到120千米/小时，飞行距离1112米。伊夫•罗西喷气翼包瑞士人伊夫•罗西曾经担任过瑞士空军飞行员，退役后在瑞士国际航空公司工作，同时他也是大名鼎鼎的喷气翼包的设计师。其设计的喷气翼包集成为了类似飞机机翼的翼面，翼展约为2.4米，并装有4台航模用P200“喷气猫”小型喷气发动机，燃料为煤油。该飞行背包最初设计只安装2台涡轮喷气发动机，后来安装了4台。由于碳纤维翼面结构限制了垂直起飞能力，所以该型背包需要从直升机、飞机或者热气球上投放。推进系统提供的充足推力能使背包平均速度达到200千米/小时，最高速度可达304千米/小时。伊夫和他的搭档一同驾驶该飞行背包飞行过不少地方，如阿尔卑斯山、富士山、科罗拉多大峡谷等。喷气翼包飞跃富士山喷气翼包飞跃富士山特洛伊-哈特门个人滑翔伞飞行背包特洛伊・哈特门是一位前美军飞行员，其个人手工打造了一款由2台小型涡喷发动机提供动力的飞行背包,该背包的显著特点就是需要同滑翔伞结合使用，由2台最初用在无人机上的小型大功率喷气发动机提供动力，发动机捆绑在其背部，通过手中的线控器控制加力，从地面起飞时需要足够大的风才干展开滑翔伞进行加力起飞，所以该飞行背包更像是带有背负式动力的滑翔伞。哈特门从2022年开始研究喷气翼，后来发展成单人飞行背包。作为飞行背包设计测试的一部份，哈特门在2022年8月成功使其喷气背包以“速度翼”飞行。动力间产品公司飞行背包动力间产品公司的飞行背包在1981年7月问世，该公司由俗称“火箭人”的肯尼•吉布森拥有并运营，其飞行背包性能通过公司在全世界范围内进行的展示中多次得到验证。动力间产品公司已经在40多个国家里进行了700多次飞行展示。该公司的飞行背包不销售，但可以租。该飞行背包使用非易燃性推进剂以实现362千牛推力。飞行背包可飞行150〜200米距离，高度可达20〜25米。弗瑞特兹•优格的飞行背包“天空闪光”飞行背包由德国人弗瑞特兹・优格和他一帮德国火伴靠微薄的网站广告和捐款资助完成。该飞行背包有可变形的机翼、喷气发动机、起落架、机翼内置油箱，与其说是飞行背包，倒不如说是世界上最小的一款“单人悬挂式飞机”。该背包使用现代飞机才有的机翼形变技术，只是变化范围很小。其硬质翼翼展约3.4米,使用安装在“翼体”内的两台微型柴油涡喷发动机提供动力。该背包内置计算机和电子设备，计算机通过绑扎在飞行员手臂上的8英寸图形接口进行控制。该背包从地面起飞时使用4个附着在飞行员胸部和腹部的25.4厘米越野轮滑行起飞，具有在草地上的起飞的能力，全重25千克，最大起飞分量161千克。两台强有力的B300F发动机能为起飞提供充足动力。在2022年6月进行的飞行测试中，“天空闪光”以1.5米高度飞行了35米。全段测试中，由80千克的配重替代飞行员。虽然仍处于测试阶段，“天空闪光”飞行背包设计要最终实现巡航速度126千米/小时，距离100千米，最大飞行高度3600米，飞行时间1小时。优格对该背包如何实现安全着陆仍闪烁其词，据猜测应该是采用降落伞方式着陆。发展前景尽管现有各种飞行背包无法像科幻大片一样随时随地想飞就飞，更不能像经典的《红色警戒》游戏里飞行兵一样投入战斗，但这项奇妙的发明仍具有很大的发展潜力。一个发展方向就是飞行背包最初发展的各项“正规”用途，例如侦察、勘察、救援等。走在前列的就是马丁飞行背包，飞行速度快、滞空时间长的特点使其可以进入一些从地面难以到达的区域，一些军方、民防机构就对其产生了浓厚的兴趣。2022年11月，迪拜为其消防部门以15万美元的单价采购20个马丁飞行背包，成为世界上第一个批量使用飞行背包的用户，主要用于高层楼宇灾情勘察与救援。马丁飞行背包1分钟内就能飞到1000米高度，超过迪拜最高建造828米的哈利法塔，其滞空时间可达30分钟，为飞行员提供了充足时间查看火情，并向地面人员汇报。同时，马丁飞行背包还可以进行无人或者遥控飞行，一位飞行员可以引领另一个飞行背包到受困人员的位置进行救援，一同飞离火场。由于马丁飞行背包体积仍偏大，不便于运输，实际使用效能仍有待实践检验。另一个发展方向就是近几年发展迅速的休闲娱乐业。将燃料量和滞空时间这一矛盾解决较好的就是娱乐用水上飞行背包，其采用“就地取材”方式，使用柔软的输水管与背包相连，通过反向喷水提供动力，能长期在距水面9米摆布飞行，现在已经成为风靡世界的高端水上休闲运动。其他火箭发动机的飞行背包虽然已经实现短距离飞行，但依旧是土豪飞行爱好者才玩得起的玩具，单次飞行成本较高仍是制约其市场化的瓶颈。目前，对飞行背包如何有效进行监管在绝大部份国家仍处于