Історія створення
Історія створення і розвитку ранцевих ЛА не менш цікава, ніж пляжний атракціон.
Хіммельштурмер ( "небесний бунтар") був результатом експериментів гітлерівської Німеччини в останні дні війни. Це пристрій використовувало дві малопотужні ракети, які закріплювалися на грудях і спині пілота, дозволяючи йому, по крайней мере в теорії, пролітати 55 метрів. Воно призначалося для інженерних військ Вермахту.
Хіммельшурмер
Після закінчення Другої Світової Війни німецькі ракетні технології разом зі знаменитим конструктором Вернером фон Брауном потрапили в США. Один з працювали з Брауном американських інженерів, Томас Мур, придумав індивідуальний літальний апарат, який він назвав «реактивним жилетом», жилет працював на перекису водню. Зацікавившись проектом, військові почали його фінансування. «Реактивний жилет» був виготовлений і на стендових випробуваннях зумів на кілька секунд підняти пілота над землею, але його управління було вкрай незручним. «Реактивний жилет» Томаса Мура так і не зміг зробити самостійний політ, армія припинила фінансування, і роботи були згорнуті. Це був перший крок до створення ранця на реактивній тязі.
Бажання отримати фінансування і заробити на своєму проекті призвело інженерів Гаррі Бурдетта і Олександра Бора до винаходу стрибкового пояса, якому вони дали назву «Коник». Тяга створювалася стисненим азотом високого тиску. На спині пілота були закріплені балони, а до «поясу» були прикріплені два невеликих сопла, спрямованих вертикально вниз. Потім Бурдетт і Бор випробували і перекис водню. «Стрибкової пояс» був продемонстрований військовим в дії, але в фінансуванні проекту було відмовлено тому він був лише подобою літального апарату, і далі пробних експериментів справа знову не пішла.
Проте, американські військові не втратили інтересу до переносного літальному апарату. Управління транспортних досліджень армії США припускало, що персональні реактивні апарати можуть знайти найрізноманітніше застосування: для розвідки, форсування річок, висадки морського десанту, підйому на круті гірські схили, подолання мінних полів, тактичного маневрування і так далі. Концепція отримала назву «Мале ракетне підйомний пристрій» (Small Rocket Lift Device, SRLD).
В рамках цієї концепції управління в 1959 році уклало контракт з компанією «Аероджет» на дослідні роботи по можливості створення SRLD, придатного для армійських цілей. «Аероджет» прийшла до висновку, що найбільш підходящим є варіант з двигуном на перекису водню. Однак незабаром військовим стало відомо, що інженер Венделл Мур (однофамілець Томаса Мура) з компанії «Белл Аеросістемс» вже кілька років проводить експерименти зі створення персонального реактивного пристрою. Ознайомившись з його роботами, військові в серпні 1960 року вирішили передати замовлення на розробку SLRD компанії «Белл». Венделл Мур був призначений головним інженером проекту.
Типи ранцевих ЛА
Ранці Венделла Мура
Венделл Мур почав працювати над створенням реактивного ранця ще в 1953 році. Експерименти почалися в середині 1950-х років. Створення двигуна не представляло труднощів - застосування перекису водню було добре відпрацьовано ракетниками. Проблема полягала в досягненні стабільного і стійкого польоту, а для цього потрібно розробити надійну і зручну систему управління ранцем в повітрі.
Була виготовлена експериментальна «збірка», яка працювала на стислому азоті. Вона мала раму із сталевих труб, в якій був «підвішений» випробувач. На рамі шарнірно встановлювалися два сопла. До соплам гнучким шлангом був підведений азот тиском 35 атмосфер він подавався з цистерни). Інженер-оператор на землі регулював вентилем подачу азоту, а випробувач подплечнимі важелями нахиляв сопла вперед-назад, намагаючись домогтися стабільного зависання на невеликій висоті. Вся конструкція була застрахована тросом. Перші ж випробування показали, що людина є дуже нестійким літаючим об'єктом. Дослідним шляхом було визначено найкраще розташування реактивних сопел щодо центра ваги, їх напрямок, способи управління ними в польоті. У випробувальних «польотах» брав участь сам Венделл Мур. У 1958 році на «збірці» вдалося добитися стабільного польоту на висоті до 5 метрів протягом трьох хвилин. Саме ці успіхи вразили військових, зумовивши вибір на користь компанії «Белл». Для ранця виготовили спеціальний ракетний двигун. Загальна вага ранця разом з паливом становив 57 кг. Ранець мав твердий стеклопластіковий корсет, виготовлений за формою тіла. До корсету жорстко кріпилися балони з паливом і азотом. Рухова установка кріпилася шарнірно і управлялася подплечнимі важелями. Тяга двигуна змінювалася регулятором, сполученим з ручкою на правому важелі. Рукоятка на лівому важелі управляла відхилюваними соплами. Пілот був пристебнутий до корсету ременями.
Випробування створеного ранця почалися в кінці 1960 року. Всі випробування проводилися взимку в ангарі. 17 лютого 1971 року через страхувального троса сталася аварія. Під час польоту ранець різко пішов в сторону, вибрав довжину троса, і той лопнув. Пілот разом з ранцем впав на лівий бік з висоти приблизно два з половиною метра. В результаті у В.Мура була зламана колінна чашечка, і літати йому більше не пощастило. Естафету випробувальних польотів прийняв на себе колега Мура, інженер Гарольд Грем. 1 березня польоти були відновлені. Г. Грем виконав 36 «прив'язних» випробувальних злетів, освоюючи управління ранцем в повітрі. Нарешті, ранець і пілот були готові показати результати тренувань.
Надихнувшись польотом першої людини в космос, американські інженери 20 квітня 1961 на пустирі біля аеропорту містечка Ніагара Фоллс зробили перший в історії вільний політ на ракетному ранці (на відкритому просторі і без прив'язі). Пілот Гарольд Грем піднявся на висоту більше метра і плавно пролетів вперед зі швидкістю, приблизно 10 км / год, по прямій 35 метрів і приземлився. Весь політ тривав 13 секунд. Це була перша маленька перемога команди Венделла Мура. Реактивний ранець перестав бути фантастикою.
В ході модернізації ранця були досягнуті наступні максимальні показники:
- тривалість польоту - 21 секунда;
- дальність польоту - 120 метрів;
- висота - 10 метрів;
- швидкість - 55 км / ч.
8 червня 1961 року ранець був вперше продемонстрований публічно - перед кількома сотнями офіцерів на військовій базі Форт-Юстіс. Потім пішли інші публічні покази, в тому числі знаменитий політ у дворі Пентагону перед трьома тисячами співробітників військового відомства, які з захопленням спостерігали, як Гарольд Грем перелітає через легкову машину.
11 жовтня 1961 року ранець був продемонстрований особисто президенту Дж.Кеннеді в ході показових маневрів на військовій базі Форт-Брагг. Грем злетів з корабля LST, перелетів через смугу води, приземлився в декількох метрах перед президентом і хвацько віддав честь Головнокомандувачу армії США. За свідченням очевидців, президент спостерігав за польотом, відкривши рот від подиву.
Незважаючи на всі успіхи Мура і його співавторів, армія була розчарована. На думку військових, «Bell Rocket Belt» був скоріше цікавою іграшкою, ніж ефективним транспортним засобом. Від подальшого фінансування програми SRLD військові відмовилися, контракт був перерваний.
Через 4 роки, Венделла Муру запропонували новий контракт з розробки ранця з турбореактивним двигуном.
7 квітня 1969 на аеродромі Ніагара Фоллз відбувся перший вільний політ турбореактивного ранця «Jet Belt». Пілот Роберт Куртер пролетів близько 100 метрів по колу на висоті 7 метрів, досягши швидкості 45 км / ч. Наступні польоти були більш тривалими, до 5 хвилин. Теоретично новий ранець міг перебувати в повітрі до 25 хвилин і розвивати швидкість до 135 км / ч.
Незважаючи на успішні випробування, армія знову не виявила зацікавленості. Ранець був складним в зверненні і дуже важким. Приземлення пілота з таким вантажем на плечах було небезпечним. Крім того, при пошкодженні двигуна лопатки турбін могли розлітатися з високими швидкостями, загрожуючи життю пілота.
Незважаючи на всі конструктивні недоліки, цей проект був проміжним етапом до створення більш досконалої машини.
Ранці Венделла Мура
Martin Jetpack
Наступним кроком у розвитку ранцевих літальних установок стала розробка компанії Martin Aircraft.
Martin Jetpack - персональний надлегкий літальний апарат вертикального зльоту і посадки. Рушії - повітряні гвинти малого діаметра в кільцевих каналах, що обертаються двотактним двигуном внутрішнього згоряння. За класифікацією FAA апарат відноситься до класу надлегких і не вимагає ліцензії для виконання польотів. На відміну від інших пристроїв типу «реактивний ранець» Martin Jetpack є першим, готовим до практичного застосування. Розробка проекту зайняла 27 років. За розрахунками, Martin Jetpack може досягати швидкості в 100 км / год, підніматися на висоту 2,5 км і триматися в повітрі протягом приблизно півгодини при повному баку. C 2012р. апарати компанії Martin Aircraft надійшли у вільний продаж. Конструктивно і за принципом дії персональний літальний апарат досить схожий з попередниками, але має і ряд відмінностей. Для зручності пілотування апарат обладнаний приладовій дошкою, а для безпеки пілота -баллістіческім парашутом.
Безумовно, якщо з'являться кошти і розробка продовжиться, Martin Jetpack може бути поліпшений за багатьма параметрами.
Martin Jetpack
Jet Man
Всі розглянуті вище ранцеві ЛА належать до класу апаратів вертикального зльоту і посадки.
Jet Man це розробка швейцарського конструктора і пілота Ів Россі, що представляє два симетричних крила і прикріплених до них реактивних балонів, які є силовою установкою. Літальний апарат Ів Россі не передбачає зліт з землі - на потрібну для старту висоту він піднімається на літаку, вертольоті або повітряній кулі. Для посадки використовується парашут, причому крім посадкового і запасного, крило Іва Россі оснащено також і власним парашутом, який забезпечує його м'яке приземлення в разі, якщо виникне необхідність скинути крило. Однією з особливостей проекту є повна відсутність механізації крила. Управління літальним апаратом здійснюється за рахунок зміщення центру мас, однак на відміну від дельтаплана, де пілот може переміщатися під площиною крила, в літальному апараті Іва Россі крило жорстко закріплено на спині. При цьому маневреність достатня для виконання фігур пілотажу різної складності. На своїх крилах Ів Россі здійснив безліч польотів, в тому числі перелетів Ла-Манш (2008), пролетів над Великим Каньйоном, а також над швейцарськими Альпами в строю з двома винищувачами.
Незважаючи на незручність зльоту і посадки, на відміну від Martin Jetpack, крило Ів Россі має такі переваги:
Вага ранця останньої (на 2012 рік) моделі
- Повністю заправленого пальним (30 літрів гасу) - 55 кг
- Максимальна швидкість - 300 км / ч
Jet Man
Грифон
Одночасно c Jet Man, німецькою компанією Spelco був представлений аналогічний ранцевий літальний апарат «Грифон».
Представники компанії впевнені, що їх дітище стане в нагоді не тільки на війні. Його можуть використовувати, наприклад, рятувальники при роботі в важкодоступних районах і при проведенні пошуково-рятувальних операцій.
Грифон
Skyflash Jetpack
Аналогічним по суті, але абсолютно іншим за виконання, є модель Skyflash Jetpack. Відмітна особливість від попередніх проектів - візок, за допомогою якої відбувається необхідний для зльоту розбіг. В якості силової установки використовуються дві мікро-турбіни дизельних двигунів. Даний проект знаходиться в стадії випробувань.
Skyflash Jetpack
Ранець-вертоліт
Ще одним напрямком у створенні індивідуальних ранцевих ЛА став ранець-гелікоптер. Над його створенням в різний час працювали конструктори декількох країн.
Ранець-вертоліт - персональний літальний апарат, що складається з вертолітного гвинта, двигуна і підвісної системи для пілота.
На сьогоднішній день існує декілька видів такого ранця:
- з сидінням / без нього
- одно- / двомоторні
американські розробки
Історія створення вертолітного ранця почалася в США як альтернатива парашута. Найслабшим елементом конструкції виявилося використання ніг пілота як шасі. Це було абсолютно неправильно, і від цієї ідеї довелося відмовитися на користь індивідуального вертольота RF-1 Pinwheel, який був спроектований за контрактом ВМС США з американською компанією "Rotor-Craft Corporation" під керівництвом Гілберта Макгілла, для "підвищення мобільності військовослужбовців".
Легкий вертоліт оснащувався невеликими ракетними двигунами які встановлювалися на кінцях лопатей несучого гвинта і приводили його в обертання. RF-1 був облітаний в квітні 1954 року народження, інтенсивно випробовувався ВМС США - до весни 1960 року був виконано близько 300 випробувальних польотів. Пізніше вертоліт був пошкоджений і списаний, а програма "Pinwheel" - закрита.
Rotor - Craft RF -1 Pinwheel
Побратимом Rotor -Craft RF -1 Pinwheel став Solotrek XFV.
Solotrek - одномісний літальний апарат вертикального зльоту і посадки, конструктивно представляє собою вертоліт поперечної схеми з гвинтами в кільцевих каналах. У мікровертолета є 2 гвинта над головою пілота, а центр ваги розташований трохи нижче них. При вазі 130 кг. він може піднятися на висоту 2,5 км. Швидкість польоту становить 130 км / ч, дальність -200 км, тривалість польоту-90 хв.
Solotrek XFV
російські розробки
Російської розробкою став десантно-штурмової вертоліт "ЮЛА», який був вперше представлений ПО "Політ" на виставці, що проходила в м.Києві в 1998р. Несучого гвинта обертання надавалося за допомогою реактивної тяги малорозмірних двигунів, встановлених на кінцях лопатей. При розгоні телескопічні лопаті несучого гвинта розсовувалися від 3 до 6 метрів. Вага апарату без урахування палива становив 25 кг. При повній заправці (20 л. палива ТС-1) апарат забезпечував тривалість польоту до 20 хвилин зі швидкістю до 150 км / год і висотою до 1000 м. У ранцеві вертольоті "Дзиґа", за заявою розробника даного проекту В'ячеслава Котельникова була врахована можливість використання режиму авторотаціонного планування. На виставці спільно з ранцевим вертольотом "ЮЛА" був представлений надмалих вертоліт "Нічний метелик" відрізнявся великими розмірами і рамою зі стаціонарно встановленими опорами і кріслом пілота. У 2000 році всі роботи за даними апаратів були засекречені.
ЮЛА
Паралети
Також до ранцевим ЛА слід віднести паралети і мопараплани через простоту їх конструкцій.
Силова установка кріпиться за спиною пілота, а підйомна сила створюється парашутом. На відміну від простого параплана, при польоті на мотопарапланах у людини пропадає залежність від висхідних потоків.
- Крейсерська швидкість паралета (паратрайку) становить - 50 км / год
- Дальність польоту - до 120 км.
- Максимальна висота - 6800 метрів
- Максимальна тривалість польоту - 1.5 години
Поряд з моделями, іспульзующімі в якості силової установки ДВС, існують моделі парапланів з використанням реактивних установок. До таких належить спідглайдер Троя Хартмана.
Завдяки великій тривалості польоту, паралети і мотопараплани є одними з найпопулярніших ранцевих ЛА.
Паралет
УПМК
Якщо на парапланах і паралетах, маючи бажання і відсутність медичних протипоказань, може літати абсолютно будь-яка людина, то на наступному вигляді ранцевою установки доводиться політати навіть не всім космонавтам, бо завдання пов'язані з виходом у відкритий космос ставляться не кожному члену екіпажу. Зараз мова піде про установках для переміщення космонавта у відкритому космосі.
Для створення таких установок радянським і американським інженерам довелося чимало потрудитися, адже виходячи у відкритий космос, космонавт повинен бути впевнений у своєму поверненні на корабель. Для цього було розроблено і виготовлено кілька видів установок для переміщення і маневрування космонавта, це:
- HHMU - ручне реактивне пристрій «самостріл», являє собою пістолет, викидає газову струмінь (газ подається через шланг від кисневої системи скафандра), використовувалося американськими астронавтами на кораблях «Джеміні».
- УПМК, розроблена для програми «Схід» і потім для військової орбітальної станції "Алмаз» (не використовувалася).
- AMU (Astronaut Maneuvering Unit) - перше американське пристрій «ранцевого» типу
- Американський «Пілотований маневрують модуль», випробуваний під час польотів шатлів в 1984р.
- УПМК 21КС - розроблена для виходів у космос з борту орбітальної космічної станції "Мир". Використовувалася космонавтами А.Серебровим і А.Вікторенко в виходах 1-го 5-го лютого 1990р.
Установка для переміщення і маневрування космонавта (УПМК) - система, що дозволяє космонавту переміщатися в невагомості поза космічним кораблем.
радянські разаботкі
Установка УПМК 21КС - дозволяє космонавту в скафандрі "Орлан-ДМА" переміщатіся з 6-ма ступенями свободи. Виконаю установка маневрування у виде ранця. На Землі з таким «ранцем" не зрушіті з місця - Аджея его маса 218 кг. Альо в космосі такой проблеми немає, тут нужно вірішіті інше завдання: надійно зафіксуваті скафандр в установці. З цією метою сконструйованій Спеціальний жорсткий пояс - шпангоут. У его надійніх обіймах и находится космонавт. До шпангоуту прікріплені поворотні телескопічні штанги, на кінцях якіх розташовані пульти управління. Робочим тілом для 32 реактивних двигунів служить повітря. Необхідно відзначити, що для надійності всі основні елементи установки продубльовані. Тому і система виконавчих органів для руху в космосі складається з двох полукомплектов. До складу кожного входить 28-літровий балон зі стисненим повітрям, максимальний тиск в якому 350 атм. Подаючи команду за допомогою тумблера на пульті, космонавт відкриває електропневмоклапан, і повітря спрямовується в трубопровід. Однак тиск в балоні занадто велике для пневмосистеми, а тому повітря проходить спочатку через редуктор, що знижує тиск до 12,5 атм. Ось тепер газ надходить в 16 реактивних мікродвигунів. Вони розташовані по кутах «ранця» і в залежності від напрямку минає повітряного струменя можуть рухати його по прямій або закручувати. Система влаштована так, що спочатку працює один полукомплект. Коли тиск в його балоні падає до 110 атм, він відключається. Тепер настає черга другого полукомплекта. У його балоні повітря може бути витрачений повністю. Космонавту немає необхідності стежити за тим, скільки повітря залишилося. Тиск 110 атм вибрано з тієї умови, щоб можна було повернутися на корабель при максимальному стометровому видаленні від нього. Обидва полукомплекта пов'язані між собою клапаном перепуску, який дозволяє в разі відмови редуктора або мікродвигунів одного полукомплекта перепустити повітря в інший полукомплект.
На зовнішній поверхні ранця розташовані навігаційні вогні і фара. Всі системи живляться енергією основного і резервного срібно-цинкових акумуляторів. Радіотелеметрична система служить для збору інформації з датчиків, її обробки, передачі на базовий блок і далі транзитом за допомогою бортових засобів на Землю. Система реєструє близько 100 параметрів, що дозволяють повністю контролювати роботу установки. Для підвищення надійності всі параметри скафандра і установки маневрування передаються радіотелеметричної системою одночасно, обмін інформацією здійснюється по електрокабелю, що з'єднує установку зі скафандром. По ньому ж скафандр забезпечується резервним електроживленням.
Установка для переміщення і маневрування космонавта
Цікаві факти
А тепер трохи цікавих фактів, пов'язаних із застосуванням ранцевих ЛА в масовій культурі.
- Реактивний ранець був присутній в грі Duke Nukem 3D. ВІН БУВ малореалістічній, пересування на ранці более нагадує НЕ політ, а ходьбу в довільному напрямку.
- Також реактивний ранець з'явився в 2004р. в грі GTA ^ San Andreas. Там він був представлений у вигляді транспортного засобу і називався "Black Project"
- Реактивний ранець був задіяний в концертному турне Майкла Джексона. У ньому він, або каскадер, в кінці концерту відлітав зі сцени, приводячи публіку в здивування.
- Ще одна знаменита поява ранця відбулося на відкритті Літніх Олімпійських ігор в Лос-Анджелесі в 1984 р Пілотував ранець Білл Сьютор, легендарна особистість (всього на його рахунку понад 1200 польотів - більше, ніж у будь-якого іншого пілота донині). Білл злетів через трибун, пролетів над рядами глядачів, Які від несподіванкі прікрівалі голови руками, и пріземлівся навпаки презідентської трибуни, де сидів Рональд Рейган. Політ спостерігали 100 000 глядачів на трибунах і близько 2,5 мільярди телеглядачів у всьому світі.
- Ранець-вертоліт з'являвся у фільмі "Агент Коді Бенкс". Сцена, де агент Коді Бенкс і його наставник з ЦРУ Роніка Майлз проникають в лігво лиходія, однак політ був створений аніматорами.
На виступі М.Джексона
Висновки
- Перші ранцеві ЛА з'явилися в кінці 50-х років XX століття.
- Існує безліч видів ранцевих ЛА, які різняться в залежності від силової установки.
- Ранцеві ЛА часто використовуються в масовій культурі.
- На даний момент мати ранцевий літальний апарат дороге задоволення.
- Найбільш широке застосування отримали параплани, паралети і гідроранци.
- Якщо на землі ранець часто використовується в якості атракціону, то при виході людини у відкритий космічний простір-це невід'ємна частина екіпіровки космонавта.
Висновок
Уявімо собі ранок сонячного дня, випивши чашку кави Ви виходите на балкон, одягаєте ранець і прямо з балкона, відчуваючи прохолоду літнього ранку, минаючи кляті пробки, мчимо на зустріч новому дню. Звичайно, зараз це здається кадрами фантастичного фільму, але хтозна ....
Адже той же автомобіль, винайдений Фердинанта Вербіст ще в 1672 році, як іграшка для китайського імператора, через роки перетворився в предмет розкоші, а за тим в повсякденне засіб пересування, життя без якого ми сьогодні не можемо собі уявити.
Підводячи підсумок своєї історико-дослідницької роботи, я все більше переконуюся, що ранцеві ЛА з розвитком комп'ютерних технологій, заміненої існуючих силових установок на електричні двигунів, скороченням розмірів і ваги акумуляторів може бути не в недалекому майбутньому, але обов'язково отримають широке застосування в повсякденному житті людини .