12 апреля 1961 года советский космонавт Юрий Гагарин пилотировал космический корабль массой 2400 кг и совершил первый в истории пилотируемый космический полет. Неделю спустя Bell Aerosystems представила еще одно достижение в авиации: ракетный ранец с газовым двигателем. Ракетный ранец, способный пролететь 35 метров всего за 13 секунд, привел зрителей в восторг. Но инженеры устройства были менее воодушевлены. Несмотря на годы передовой работы, они знали, что этот короткий полет — все, на что способен ракетный ранец. Так почему же было легче отправить в полет массивный космический корабль, чем одного пилота?
Согласно законам движения Ньютона, физика полета на самом деле довольно проста. Все, что вам нужно, это достаточно мощная восходящая сила, чтобы противодействовать нисходящей силе гравитации. А поскольку объекты с большей массой испытывают более сильные гравитационные силы, более легкие объекты должны легче отрываться от земли. Однако современные реактивные двигатели, наш основной инструмент для полета, на самом деле становятся более эффективными, чем они больше.
Реактивные двигатели работают, всасывая огромные объемы воздуха, а затем выбрасывая этот воздух как можно быстрее. Хотя большая часть этого на самом деле обходит внутренние механизмы, она по-прежнему вносит огромный вклад в тягу двигателя. Но воздух, попадающий в сердцевину двигателя, сжимается серией плотно расположенных лопастей. Затем этот сжатый воздух поступает в камеру сгорания, где впрыскивается реактивное топливо и воспламеняется. Тепло заставляет сжатый воздух быстро расширяться, вырываясь из выхлопных газов и толкая двигатель вперед. Когда воздух выходит из двигателя, он также вращает турбину, встроенную в выхлопное сопло. Эта турбина приводит в действие вентилятор и лопасти компрессора. создание цикла, который поддерживает тягу до тех пор, пока есть топливо для сжигания.
Чем больше воздуха всасывает и выпускает двигатель, тем большую тягу он производит. На современном реактивном самолете диаметр лобового вентилятора больше, чем у грузовика. И даже вращаясь на относительно небольших скоростях, эти двигатели производят более чем достаточную тягу для поддержания необходимой для полета пассажирского самолета скорости. Но двигатели меньшего размера просто не могут набрать столько воздуха. На протяжении большей части 20-го века инженеры не могли создать двигатель, маленький и достаточно легкий, чтобы его мог носить человек, но при этом достаточно мощный, чтобы подняться вместе с пилотом и топливом. Конструкции могли нести достаточно топлива только на 30 секунд полета, а в воздухе – мощную тягу в одном направлении. сделал реактивные ранцы трудными и опасными в управлении.
Но новое тысячелетие принесло с собой достижения в области материалов, производства и компьютерных технологий, включая системы, которые могли управлять впрыском топлива с невероятной точностью. Вместе они значительно улучшили топливную экономичность и удельную мощность реактивных двигателей. К 2016 году микродвигатели размером с кофейную банку и весом менее 2 кг смогут развивать силу в 220 ньютонов. Именно тогда английский инженер по имени Ричард Браунинг увидел возможность создать новый вид легкого реактивного ранца. В дополнение к одному двигателю, привязанному к спине, этот так называемый реактивный костюм включал пару микродвигателей на каждой руке для разделения и балансировки тяги. Работая с задним двигателем, они обеспечивали трехточечную устойчивость, которую некоторые пилоты описывают как сродни удобному опиранию на костыли, когда друг поддерживает вашу спину.
Управлять всеми этими двигателями одновременно может показаться сложным, но многие пилоты осваивают это менее чем за день с помощью еще одной продвинутой компьютерной системы — своего мозга. Различные области мозга и многочисленные сенсорные системы идеально настраивают наше чувство равновесия и пространственную ориентацию, помогая пилотам плавно управлять полетом. Легкие движения руками позволяют операторам увеличивать и уменьшать подъемную силу, быстро поворачиваться в воздухе или планировать вперед до 5 минут. Эта технология все еще довольно нова, и без серьезных достижений в области топливной экономичности и технологии двигателей не ожидайте, что в ближайшее время у вас будет собственный реактивный ранец. Но если стремление к небу уже завело нас так далеко, кто знает, куда мы полетим дальше?
