Реактивный ранец

Реактивный ранец
Тип	Воздушный транспорт
Топливо	Водород

Реактивный (ракетный) ранец — индивидуальное средство перемещения по воздуху на ракетной тяге.

Описание

Персональный летательный аппарат, носимый на спине как ранец, позволяющий человеку подниматься в воздух посредством реактивной тяги. Тяга создаётся за счёт реактивной струи выбрасываемой двигателем вертикально вниз. Выделяют две разновидности ракетных ранцев: с реактивным двигателем и турбореактивным движком. Действие ракетного двигателя основано на реакции разложения перекиси водорода. Используется перекись водорода 90-процентной концентрации (это бесцветная жидкость плотностью 1,35 г/см³). Перекись водорода в чистом виде относительно устойчива, но при контакте с катализатором (например, с серебром) стремительно разлагается на воду и кислород, менее чем за 1/10 миллисекунды увеличиваясь в объёме в 5000 раз. Реакция протекает экзотермически, то есть с выделением большого количества теплоты (~2500 кДж/кг). Образующаяся при этом парогазовая смесь имеет температуру 740 °C. Основой являются баллоны с перекисью водорода и баллон со сжатым азотом (давление около 40 атм). Пилот поворачивает рукоятку управления тягой двигателя, и клапан-регулятор открывается. Сжатый азот вытесняет жидкую перекись водорода, которая по трубкам поступает в газогенератор. Там она вступает в контакт с катализатором (тонкие серебряные пластины, покрытые слоем нитрата самария) и разлагается. Образовавшаяся парогазовая смесь высокого давления и температуры поступает в две трубы, выходящие из газогенератора (трубы покрыты слоем теплоизолятора, чтобы сократить потери тепла). Затем горячие газы поступают в реактивные сопла (сопло Лаваля), где сначала ускоряются, а затем расширяются, приобретая сверхзвуковую скорость и создавая реактивную тягу. Вся конструкция проста и надёжна, ракетный двигатель имеет минимум подвижных частей. Все существующие ракетные ранцы основаны на конструкции ранца «Bell Rocket Belt», разработанной в 1960-1969 годах Венделлом Муром. Ранец Мура конструктивно состоит из двух основных частей. Во-первых жёсткий стеклопластиковый корсет, закреплённый на теле пилота системой ремней. Корсет имеет сзади металлическую трубчатую раму, на которой установлены три баллона: два с жидкой перекисью водорода и один со сжатым азотом. Когда пилот находится на земле, корсет распределяет вес ранца на спину и поясницу пилота. Во-вторых ракетный двигатель, подвижно установленный на шаровом шарнире в верхней части корсета. Сам ракетный двигатель состоит из газогенератора и двух жёстко соединённых с ним труб, которые заканчиваются реактивными соплами с управляемыми наконечниками. Двигатель жёстко соединён с двумя рычагами, которые проходят под руками пилота. Этими рычагами пилот наклоняет двигатель вперёд или назад, а также в стороны. На правом рычаге установлена поворотная рукоятка управления тягой, связанная тросиком с клапаном-регулятором подачи топлива в двигатель. На левом рычаге установлена рулевая рукоятка, которая гибкими тягами связана с управляемыми наконечниками реактивных сопел. Ракетные ранцы весьма просты по конструкции, поэтому именно они получили распространение. Классический ракетный ранец конструкции Венделла Мура может быть изготовлен в условиях частной мастерской, хотя для этого требуется хорошая инженерная подготовка и высокий уровень слесарного мастерства. Главный недостаток ракетного ранца — малая продолжительность полёта (до 30 секунд) и большой расход дефицитного топлива — пероксида водорода. Эти обстоятельства ограничивают сферу применения ракетных ранцев весьма эффектными публичными демонстрационными полётами. Полёты на ракетных ранцах всегда захватывают внимание зрителей и имеют большой успех. Например, такой полёт был устроен в ходе торжественного открытия летних Олимпийских игр 1984 года в Лос-Анджелесе, США. В последние годы ракетный ранец становится популярным у энтузиастов, которые пытаются построить его своими усилиями. Принцип работы реактивного ранца прост, но секрет пригодного для полётов устройства заключается в двух ключевых узлах: газогенераторе и клапане-регуляторе тяги. Именно их когда-то доводил до ума Венделл Мур в ходе долгого проектирования и тестирования.

Применение

Использование реактивного ранца выжившими в условиях апокалипсиса реально, тем более что его возможно воссоздать в кустарных условиях. Однако использование такого ранца сопряжено рядом сложностей. Он шумный, при его использовании пилот будет беззащитным, сам по себе ранец не имеет никакой защиты и его возможно сбить даже простым оружием. Необязательно при этом попасть в сам ранец — достаточно вывести из строя неприкрытого ничем пилота. Ещё он быстро потребляет крайне дефицитное топливо, которое будет очень трудно найти, не говоря о том чтобы его сделать. Ракетный ранец растрачивает его быстро и время полёта получится очень ограниченным. На практике его можно использовать разве что для преодоления препятствий и достижения наиболее труднодоступных точек. Помимо того внезапно закончившиеся топливо способно привести к тому, что пилот попросту рухнет на землю и разобьётся насмерть, либо сильно травмируется и окажется недееспособным. Поэтому полёты на большие высоты сопряжены с большим риском. Реактивные ранцы могут оказаться куда более опасным транспортным средством чем, например, мотоциклы. Тем не менее и такое средство может оказаться полезным. Сам пилотировать ранец не так уж и просто, надо разобраться в его органах управления и тщательно следить за состоянием ранца.

Ранец имеет два рычага, жёстко связанных с двигательной установкой. Нажимая на эти рычаги, пилот заставляет сопла отклониться назад, и ранец летит вперёд. Соответственно, поднятие рычагов заставляет ранец двигаться назад. Можно наклонять двигательную установку и в стороны (благодаря шаровому шарниру), чтобы лететь боком. Управление с помощью рычагов — довольно грубое, для более тонкого управления пилот использует рукоятку на левом рычаге. Эта рукоятка управляет наконечниками реактивных сопел. Наконечники подпружинены и могут с помощью гибких тяг отклоняться вперёд или назад. Наклоняя рукоятку вперёд или назад, пилот отклоняет синхронно наконечники обоих сопел, чтобы лететь прямолинейно. Если пилоту нужно выполнить поворот, он поворачивает рукоятку, при этом сопла отклоняются в противоположных направлениях, одно вперёд, другое назад, разворачивая пилота и ранец вокруг оси. Сочетанием различных движений рукоятки и рычагов пилот может лететь в любую сторону, даже боком, выполнять повороты, вращение на месте и тому подобное.

Управлять полётом ранца можно и по-другому — изменяя положение центра тяжести тела. Например, если согнуть ноги и поднять их к животу, центр тяжести сместится вперёд, ранец наклонится и тоже полетит вперёд. Такое управление ранцем, при помощи собственного тела, считается неверным и характерно для новичков. Опытнейший пилот Билл Сьютор утверждает, что во время полёта необходимо держать ноги вместе и прямо, а управлять полётом следует с помощью рычагов и рукояток ранца. Только так можно научиться грамотно пилотировать ранец и уверенно выполнять сложные манёвры в воздухе. На правом рычаге установлена поворотная «рукоятка газа». В неподвижном состоянии она полностью закрывает регулятор подачи топлива в двигатель. Поворачивая рукоятку против часовой стрелки, пилот увеличивает тягу двигателя. Во время заправки ранца сжатым азотом рукоятка фиксируется в запертом положении предохранительной чекой. На этой же рукоятке расположен таймер. Поскольку ранец имеет запас топлива лишь на 21 секунду полёта, пилоту необходимо знать, что у него заканчивается топливо, чтобы не оказаться с пустыми баками на высоте в 10 метров. Перед полётом таймер взводится на 21 секунду. Когда пилот поворачивает рукоятку для взлёта, таймер начинает отсчёт и подаёт ежесекундные сигналы на зуммер в шлеме пилота. Через пятнадцать секунд сигнал становится непрерывным, сообщая пилоту, что пора идти на посадку.

Примерно такие правила пилотирования ранца. Большим плюсом данного средства будут его относительно малые размеры, что теоретически позволит залететь в самые укромные участки. Также это позволит удобно хранить реактивный ранец, перевозить его с собой на другом транспорте и доставать при необходимости. Причем желательно при крайней необходимости. За один двадцатисекундный полет расходуется до 5 галлонов (19 литров) дефицитной перекиси водорода.

Местонахождение

Это очень редкая штука, настолько что так и не скажешь где его получится найти. В теории такой ранец может заваляться в гараже или сарае у какого-нибудь энтузиаста, решившего создать нечто подобное. Этим же гением вы можете стать и сами, так как реактивный ранец хоть и сложно но возможно сделать самостоятельно. Подходите к этому делу ответственно, плохой ранец может просто сломаться или даже взорваться прямо в воздухе.

Интересные факты

• Пилот ранца как правило должен быть облачён в защитный комбинезон из термостойкого материала, поскольку и реактивная струя, и трубы двигателя имеют очень высокую температуру. На голову в обязательном порядке надевается защитный шлем (он также имеет внутри сигнальный зуммер). При работе ракетного двигателя сверхзвуковая реактивная струя издаёт оглушительно громкий звук (силой до 130 дБ). Этот шум частично поглощается шлемом.
• Сверху на ранце может быть установлен парашют (обычно используется стандартный десантный запасной парашют). На практике он эффективен только при открытии на высоте более 30 метров.
• Распространение ранцев также сдерживается дефицитом концентрированной перекиси водорода, которая не производится крупными химическими компаниями в настоящее время. Ракетчики-любители строят собственные установки по её производству методом электролиза.
• Ранцы с турбореактивным двигателем работают на традиционном керосине, имеют более высокий КПД, большую высоту и продолжительность полёта, но они сложны по конструкции и очень дороги. В 1960-х годах был создан лишь один образец такого ранца и задокументированных фактов, подтверждающих функциональность конструкции, не существует.
• Как правило, выходящая реактивная струя прозрачна и в воздухе не видна. Но в холодную погоду водяной пар, составляющий большую часть парогазовой смеси, конденсируется вскоре после выхода из сопл, и тогда пилота окутывает целое облако водяного тумана. Именно по этой причине самые первые "привязные" полёты ранца «Bell Rocket Belt» выполнялись в ангаре — дело было зимой. Также реактивная струя бывает видна, если топливо в газогенераторе разлагается не полностью, что случается, например, при плохой работе катализатора или при загрязнении перекиси водорода примесями.
• Более чем за сорок лет со дня первого полёта Гарольда Грэма лишь одиннадцать человек (включая его самого) летали на ранце в свободном полёте (без страховочной привязи). Самым известным из них, как уже упоминалось, является Билл Сьютор, который когда-то жил по соседству с Венделлом Муром и попросил возможности полетать на ранце, который Мур привёз домой в багажнике. За полвека со времени изобретения, к 2008 году, время полёта удалось увеличить в 4 раза.
• В декабре 2019 г. впервые в истории полёт человека с реактивным ранцем обернулся трагическим исходом: устройство взорвалось во время работы, из-за чего пилот, 49-летний Келман Джеймс Ричес, упал с семиметровой высоты и погиб.
• Помимо традиционных ранцев разрабатываются крылатые ранцы с реактивными двигателями (реактивный ранец-крыло). Они не могут стартовать с земли, а для приземления используется парашют, однако они позволяют находиться в полёте около 10 минут, выполняя различные фигуры пилотажа и приземляться на расстоянии десятков километров от места старта. Один из энтузиастов, строящих подобные летательные аппараты — Ив Росси, чей летающий ранец Jetman может разгоняться до 300 км/ч и подниматься на высоту до 792 м (2600 футов). Вес ранца последней (на 2012 год) модели, полностью заправленного горючим — 55 килограммов, размах крыла — два метра. В качестве топлива используется авиационный керосин. Одной из особенностей летательного аппарата, сконструированного Ивом Росси, является полное отсутствие механизации крыла. Управление осуществляется за счёт смещения центра масс, однако в отличие от дельтаплана, где пилот может перемещаться под плоскостью крыла, в летательном аппарате Ива Росси крыло жёстко закреплено на спине, и пилот управляет полётом, лишь двигая руками, ногами и головой. При этом манёвренность достаточна для выполнения фигур пилотажа различной сложности.
• В 2017 году, Ричард Браунинг — британский изобретатель, начал разработку своего «летающего костюма». Четыре реактивных двигателя располагаются на руках, и один двигатель установлен на спине, что создаёт устойчивый полёт. В качестве двигателей используются миниатюрные реактивные турбины, работающие на авиационном керосине. Браунинг стал основателем и главным летчиком-испытателем Gravity Industries, компании, которая разрабатывает и создаёт этот летающий костюм.
• Реактивные ранцы очень популярны в художественных произведениях, особенно в компьютерных играх. Однако они обычно имеют мало чего общего с реальностью, а более-менее доведённые до ума ракетные ранцы остаются прототипами в наше время. В основном это обусловлено как дороговизной разработки, так и большими тратами дорогого топлива.
• Подобные ранцы также называют джетпаками. Джетпак — это сочетание английских слов jet и pack, (реактивный самолёт и рюкзак соответственно). В итоге образуется jetpack.

Реактивный ранец

Крылатый ранец

Ракетный костюм