История создания

История создания и развития  ранцевых ЛА не менее интересна, чем пляжный аттракцион.

Химмельштурмер ("небесный бунтарь") был результатом экспериментов Гитлеровской Германии в последние дни войны. Это устройство использовало две маломощные ракеты, которые закреплялись на груди и спине пилота, позволяя ему, по крайней мере в теории, пролетать 55 метров. Оно предназначалось для инженерных войск Вермахта.

Химмельшурмер

После окончания Второй Мировой Войны немецкие ракетные технологии вместе со знаменитым конструктором Вернером фон Брауном попали в США. Один из работавших с Брауном американских инженеров, Томас Мур, придумал индивидуальный летательный аппарат, который он назвал «реактивным жилетом», жилет работал на перекиси водорода. Заинтересовавшись проектом, военные начали его финансирование. «Реактивный жилет» был изготовлен и на стендовых испытаниях сумел на несколько секунд приподнять пилота над землёй, но его управление было крайне неудобным. «Реактивный жилет» Томаса Мура так и не смог совершить самостоятельный полет, армия прекратила финансирование, и работы были свёрнуты. Это был первый шаг к созданию ранца на реактивной тяге.

Желание получить финансирование и заработать на своем проекте привело инженеров Гарри Бурдетта и Александра Бора к изобретению прыжкового пояса, которому они дали название «Кузнечик». Тяга создавалась сжатым азотом высокого давления. На спине пилота были закреплены баллоны,  а к  «поясу» были прикреплены два небольших сопла, направленных вертикально вниз. Затем Бурдетт и Бор опробовали и перекись водорода. «Прыжковый пояс» был продемонстрирован военным в действии, но в финансировании проекта было отказано т.к. он был лишь подобием летательного аппарата, и дальше пробных экспериментов дело снова не пошло.

Тем не менее, американские военные не утратили интереса к переносному летательному аппарату. Управление транспортных исследований армии США предполагало, что персональные реактивные аппараты могут найти самое разнообразное применение: для разведки, форсирования рек, высадки морских десантов, подъёма на крутые горные склоны, преодоления минных полей, тактического маневрирования и так далее. Концепция получила название «Малое ракетное подъёмное устройство» (Small Rocket Lift Device, SRLD).

В рамках этой концепции управление в 1959 году заключило контракт с компанией «Аэроджет»  на исследовательские работы по возможности создания SRLD, пригодного для армейских целей. «Аэроджет» пришла к выводу, что наиболее подходящим является вариант с двигателем на перекиси водорода. Однако вскоре военным стало известно, что инженер Венделл Мур(однофамилец Томаса Мура) из компании «Белл Аэросистемс» уже несколько лет проводит эксперименты по созданию персонального реактивного устройства. Ознакомившись с его работами, военные в августе 1960 года решили передать заказ на разработку SLRD компании «Белл». Венделл Мур был назначен ведущим инженером проекта.

Типы ранцевых ЛА

Ранцы Венделла Мура

Венделл Мур начал работать над созданием реактивного ранца ещё в 1953 году. Эксперименты начались в середине 1950-х годов. Создание двигателя не представляло трудностей — применение перекиси водорода было хорошо отработано ракетчиками. Проблема состояла в достижении стабильного и устойчивого полёта, а для этого требовалось разработать надёжную и удобную систему управления ранцем в воздухе.

Была изготовлена экспериментальная «сборка», работавшая на сжатом азоте. Она имела раму из стальных труб, в которой был «подвешен» испытатель. На раме шарнирно устанавливались два сопла. К соплам гибким шлангом был подведён азот давлением 35 атмосфер он подавался из цистерны). Инженер-оператор на земле регулировал вентилем подачу азота, а испытатель подплечными рычагами наклонял сопла вперёд-назад, пытаясь добиться стабильного зависания на небольшой высоте. Вся конструкция была застрахована тросом. Первые же испытания показали, что человек является весьма неустойчивым летающим объектом. Опытным путём было определено наилучшее расположение реактивных сопел относительно центра тяжести, их направление, способы управления ими в полёте. В испытательных «полётах» участвовал сам Венделл Мур. В  1958 году на «сборке» удалось добиться стабильного полёта на высоте до 5 метров в течение трёх минут. Именно эти успехи впечатлили военных, предопределив выбор в пользу компании «Белл».  Для ранца изготовили специальный ракетный двигатель. Общий вес ранца вместе с топливом составлял 57 кг. Ранец имел твёрдый стеклопластиковый корсет, изготовленный по форме тела. К корсету жёстко крепились баллоны с топливом и азотом. Двигательная установка крепилась шарнирно и управлялась подплечными рычагами. Тяга двигателя изменялась регулятором, соединённым с рукояткой на правом рычаге. Рукоятка на левом рычаге управляла отклоняемыми соплами. Пилот был пристёгнут к корсету ремнями.

Испытания созданного ранца начались в конце 1960 года. Все испытания проводились зимой в ангаре.  17 февраля 1971 года из-за страховочного троса произошла авария. Во время полёта ранец резко пошёл в сторону, выбрал длину троса, и тот лопнул. Пилот вместе с ранцем упал на левый бок с высоты примерно два с половиной метра. В результате у В.Мура была сломана коленная чашечка, и летать ему больше не посчастливилось. Эстафету испытательных полетов принял на себя коллега Мура, инженер Гарольд Грэм. 1 марта полёты были возобновлены. Г. Грэм выполнил 36 «привязных» испытательных взлётов, осваивая управление ранцем в воздухе. Наконец, ранец и пилот были готовы показать результаты тренировок.

 Воодушевившись полетом первого человека в космос, американские инженеры 20 апреля 1961 на пустыре около аэропорта городка Ниагара Фоллс совершили первый в истории свободный полёт на ракетном ранце (на открытом пространстве и без привязи). Пилот Гарольд Грэм поднялся на высоту более метра и плавно пролетел вперёд со скоростью, примерно 10 км/ч, по прямой 35 метров и приземлился. Весь полет продолжался 13 секунд. Это была первая маленькая победа команды Венделла Мура. Реактивный ранец перестал быть фантастикой.

В ходе модернизации ранца были достигнуты следующие максимальные показатели:

•     продолжительность полёта — 21 секунда;
•     дальность полёта — 120 метров;
•     высота — 10 метров;
•     скорость — 55 км/ч.

8 июня 1961 года ранец был впервые продемонстрирован публично — перед несколькими сотнями офицеров на военной базе Форт-Юстис. Затем последовали другие публичные показы, в том числе знаменитый полёт во дворе Пентагона перед тремя тысячами сотрудников военного ведомства, которые с восторгом наблюдали, как Гарольд Грэм перелетает через легковую машину.

11 октября 1961 года ранец был продемонстрирован лично президенту Дж.Кеннеди в ходе показательных манёвров на военной базе Форт-Брагг. Грэм взлетел с корабля LST, перелетел через полосу воды, приземлился в нескольких метрах перед президентом и лихо отдал честь Главнокомандующему армии США. По свидетельству очевидцев, президент наблюдал за полётом, открыв рот от изумления.

Несмотря на все успехи Мура и его соавторов, армия была разочарована. По мнению военных, «Bell Rocket Belt» был скорее занимательной игрушкой, нежели эффективным транспортным средством. От дальнейшего финансирования программы SRLD военные отказались, контракт был прерван.

 Спустя 4 года, Венделлу Муру предложили новый контракт по разработке ранца с турбореактивным двигателем.

7 апреля 1969 года на аэродроме Ниагара Фоллз состоялся первый свободный полет турбореактивного ранца «Jet Belt». Пилот Роберт Куртер пролетел около 100 метров по кругу на высоте 7 метров, достигнув скорости 45 км/ч. Следующие полёты были более продолжительными, до 5 минут. Теоретически новый ранец мог находиться в воздухе до 25 минут и развивать скорость до 135 км/ч.

Несмотря на успешные испытания, армия снова не проявила заинтересованности. Ранец был сложным в обращении и слишком тяжёлым. Приземление пилота с таким грузом на плечах было небезопасным. Кроме того, при повреждении двигателя лопатки турбин могли разлетаться с высокими скоростями, угрожая жизни пилота.

Несмотря на все конструктивные недостатки, этот проект был промежуточным этапом к созданию более совершенной машины.

Ранцы Венделла Мура

Martin Jetpack

Следующим шагом в развитии ранцевых летательных установок стала разработка компании Martin Aircraft.

 Martin Jetpack — персональный сверхлегкий летательный аппарат вертикального взлета и посадки. Движители — воздушные винты малого диаметра в кольцевых каналах, вращаемые двухтактным двигателем внутреннего сгорания. По классификации FAA аппарат относится к классу сверхлёгких и не требует лицензии для выполнения полётов. В отличие от других устройств типа «реактивный ранец» Martin Jetpack является первым, готовым к практическому применению. Разработка проекта заняла 27 лет. По расчётам, Martin Jetpack может достигать скорости в 100 км/час, подниматься на высоту 2,5 км и держаться в воздухе на протяжении примерно получаса при полном баке.  C 2012г. аппараты компании Martin Aircraft поступили в свободную продажу. Конструктивно и по принципу действия персональный летательный аппарат довольно схож с предшественниками, но имеет и ряд отличий. Для удобства пилотирования аппарат оборудован приборной доской, а для безопасности пилота -баллистическим парашютом.

Безусловно, если появятся средства и разработка продолжится, Martin Jetpack может быть улучшен по многим параметрам.

Martin Jetpack

Jet Man

Все рассмотренные выше ранцевые ЛА  принадлежат к классу аппаратов вертикального взлета и посадки.

Jet Man-это разработка швейцарского конструктора и пилота Ив Росси, представляющая два симметричных крыла и прикрепленных к ним реактивных баллонов, которые являются силовой установкой. Летательный аппарат Ив Росси не предусматривает взлёт с земли — на нужную для старта высоту он поднимается на самолете, вертолете или воздушном шаре. Для посадки используется парашют, причём кроме посадочного и запасного, крыло Ива Росси оснащено также и собственным парашютом, который обеспечивает его мягкое приземление в случае, если возникнет необходимость сбросить крыло. Одной из особенностей проекта является полное отсутствие механизации крыла. Управление летательным аппаратом 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. При этом манёвренность достаточна для выполнения фигур пилотажа различной сложности.                                                                                                              На своих крыльях Ив Росси совершил множество полётов, в том числе перелетел Ла-Манш (2008), пролетел над Большим Каньоном, а также над швейцарскими Альпами в строю с двумя истребителями.

 Несмотря на неудобство взлёта и посадки, в отличии от Martin Jetpack, крыло Ив Росси имеет следующие преимущества:

Вес ранца последней (на 2012 год) модели

•        Полностью заправленного горючим (30 литров керосина) — 55 кг
•        Максимальная скорость — 300 км/ч

 Jet Man

Грифон

 Одновременно c Jet Man, немецкой компанией Spelco был представлен аналогичный ранцевый летательный аппарат «Грифон».

 Представители компании уверены, что их детище пригодится не только на войне. Его могут использовать, например, спасатели при работе в труднодоступных районах и при проведении поисково-спасательных операций.

Грифон

Skyflash Jetpack

 Аналогичным  по сути, но совершенно другим по исполнению, является модель Skyflash Jetpack. Отличительная особенность от предыдущих проектов - тележка, с помощью которой происходит необходимый для взлета разбег. В качестве силовой установки используются две микро-турбины дизельных двигателей. Данный проект находится в стадии испытаний.

Skyflash Jetpack

Ранец-вертолет

 Еще одним направлением в создании индивидуальных ранцевых ЛА стал ранец-вертолет. Над его созданием в разное время трудились конструкторы нескольких стран.

 Ранец-вертолет - персональный летательный аппарат, состоящий из вертолётного винта, двигателя и подвесной системы для пилота.

 На сегодняшний день существует несколько видов такого ранца:

• с сидением/без него
• одно-/двухмоторные

Американские разработки

 История создания вертолетного ранца началась в США как альтернатива парашюту. Самым слабым элементом конструкции оказалось  использование ног пилота как шасси. Это было совершенно неправильно, и от этой идеи пришлось отказаться в пользу индивидуального вертолета RF-1 Pinwheel , который был спроектирован по контракту  ВМС США с американской компанией  "Rotor-Craft Corporation" под руководством Гилберта Макгилла ,  для "повышения мобильности военнослужащих".
  Легкий вертолет оснащался небольшими ракетными двигателями которые устанавливались на концах лопастей несущего винта и приводили его во вращение. RF-1 был облетан в апреле 1954 года, интенсивно испытывался ВМС США - до весны 1960 года было выполнено около 300 испытательных полетов. Позже вертолет был поврежден и списан, а программа "Pinwheel" - закрыта.

Rotor-Craft RF-1 Pinwheel 

Собратом Rotor-Craft RF-1 Pinwheel стал Solotrek XFV.

Solotrek - одноместный летательный аппарат  вертикального взлёта и посадки, конструктивно представляющего собой вертолет поперечной схемы с винтами в кольцевых каналах . У микровертолета имеется 2 винта над головой пилота, а  центр тяжести расположен немного ниже них. При весе  130 кг. он может подняться на высоту 2,5 км. Скорость полёта составляет 130 км/ч,  дальность -200 км, продолжительность полёта-90 мин.

Solotrek XFV

Российские разработки

  Российской разработкой стал десантно-штурмовой вертолет "ЮЛА» , который был впервые представлен ПО "Полёт" на выставке , проходившей в г. Омске в 1998г. Несущему винту вращение придавалось при помощи реактивной тяги малоразмерных двигателей, установленных на концах лопастей. При разгоне телескопические лопасти несущего винта раздвигались от 3 до 6 метров. Вес аппарата без учета топлива составлял 25 кг. При полной заправке (20 л. топлива ТС-1) аппарат обеспечивал продолжительность полёта до 20 минут со скоростью до 150 км/ч и высотой до 1000 м. В ранцевом вертолёте "Юла", по заявлению разработчика данного проекта Вячеслава Котельникова была учтена возможность использования режима авторотационного планирования. На выставке совместно с ранцевым вертолетом "ЮЛА" был представлен сверхмалый вертолет "Ночная бабочка" отличавшийся большими размерами и рамой со стационарно установленными опорами и креслом пилота. В 2000 году все работы по данным аппаратам были засекречены.

ЮЛА

Паралеты

Также к ранцевым ЛА следует отнести паралеты и мопарапланы из-за простоты их конструкций.

 Силовая установка крепится за спиной пилота, а подъемная сила создается парашютом. В отличии от простого параплана, при полете на мотопараплане у человека пропадает зависимость от восходящих потоков.

•   Крейсерская скорость паралета (паратрайка) составляет – 50 км/ч
•   Дальность полета – до 120 км.      
•   Максимальная высота – 6800 метров
•   Максимальная продолжительность полета – 1.5 часа

 Наряду с моделями, испульзующими в качестве силовой установки ДВС, существуют модели парапланов с использованием реактивных установок. К таковым относится спидглайдер Троя Хартмана.

Благодаря большой продолжительности полета, паралеты и мотопарапланы является одними из популярнейших ранцевых ЛА.

Паралет

УПМК

Если на парапланах и паралетах, имея желание и отсутствие медицинских противопоказаний, может летать абсолютно любой человек, то на следующем виде ранцевой установки доводится полетать даже не всем космонавтам, потому как задачи связанные с выходом в открытый космос ставятся не каждому члену экипажа. Сейчас речь пойдет об установках для перемещения космонавта в открытом космосе.

Для создания таких установок советским и американским инженерам пришлось много потрудиться, ведь выходя в открытый космос, космонавт должен быть уверен в своем возвращении на корабль. Для этого было разработано и изготовлено несколько видов установок для перемещения и маневрирования космонавта, это:

 

•          HHMU — ручное реактивное устройство «самострел», представляет собой пистолет, выбрасывающий газовую струю (газ подается через шланг от кислородной системы скафандра), использовалось американскими астронавтами на кораблях «Джемини».
•          УПМК, разработанная для программы «Восход» и затем для военной орбитальной станции "Алмаз" (не использовалась).
•          AMU (Astronaut Maneuvering Unit) — первое американское устройство «ранцевого» типа
•          Американский «Пилотируемый маневрирующий модуль», испытанный во время полетов шаттлов в 1984г.
•          УПМК 21КС — разработанная для выходов в космос с борта орбитальной космической станции "Мир". Использовалась космонавтами А.Серебровым и А.Викторенко в выходах 1-го 5-го февраля 1990г.

 

  Установка для перемещения и маневрирования космонавта (УПМК) — система, позволяющая космонавту перемещаться в невесомости вне космического корабля.

Советские разаботки

 Установка УПМК 21КС - позволяет космонавту в скафандре "Орлан-ДМА" перемещаться с 6-ю степенями свободы. Выполнена установка маневрирования в виде ранца. На Земле с таким «ранцем» не сдвинуться с места — ведь его масса 218 кг. Но в космосе такой проблемы нет, здесь нужно решить другую задачу: надежно зафиксировать скафандр в установке. С этой целью сконструирован специальный жесткий пояс — шпангоут. В его надежных объятиях и находится космонавт. К шпангоуту прикреплены поворотные телескопические штанги, на концах которых расположены пульты управления. Рабочим телом для 32 реактивных двигателей служит воздух. Необходимо отметить, что для надежности все основные элементы установки продублированы. Поэтому и система исполнительных органов для движения в космосе состоит из двух полукомплектов. В состав каждого входит 28-литровый баллон со сжатым воздухом, максимальное давление в котором 350 атм. Подавая команду с помощью тумблера на пульте, космонавт открывает электропневмоклапан, и воздух устремляется в трубопровод. Однако давление в баллоне слишком велико для пневмосистемы, а потому воздух проходит сначала через редуктор, понижающий давление до 12,5 атм. Вот теперь газ поступает в 16 реактивных микродвигателей. Они расположены по углам «ранца» и в зависимости от направления истекающей воздушной струи могут двигать его по прямой или закручивать. Система устроена так, что сначала работает один полукомплект. Когда давление в его баллоне падает до 110 атм, он отключается. Теперь настает очередь второго полукомплекта. В его баллоне воздух может быть израсходован полностью. Космонавту нет необходимости следить за тем, сколько воздуха осталось. Давление 110 атм выбрано из того условия, чтобы можно было вернуться на корабль при максимальном стометровом удалении от него. Оба полукомплекта связаны между собой клапаном перепуска, который позволяет в случае отказа редуктора или микродвигателей одного полукомплекта перепустить воздух в другой полукомплект.

 На внешней поверхности ранца расположены навигационные огни и фара. Все системы питаются энергией основного и резервного серебряно-цинковых аккумуляторов. Радиотелеметрическая система служит для сбора информации с датчиков, ее обработки, передачи на базовый блок и далее транзитом с помощью бортовых средств на Землю. Система регистрирует около 100 параметров, позволяющих полностью контролировать работу установки. Для повышения надежности все параметры скафандра и установки маневрирования передаются радиотелеметрической системой одновременно, обмен информацией осуществляется по электрокабелю, соединяющему установку со скафандром. По нему же скафандр обеспечивается резервным электропитанием.

 

 Интересные факты

А теперь немного интересных фактов, связанных с применением ранцевых ЛА в массовой культуре.

•          Реактивный ранец присутствовал в игре Duke Nukem 3D. Он был малореалистичен, передвижение на ранце больше напоминало не полёт, а ходьбу в произвольном направлении.
•          Также реактивный ранец появился в 2004г. в игре GTA^San Andreas. Там он был представлен в виде транспортного средства и назывался "Black Project"
•         Реактивный ранец был задействован в концертном турне Майкла Джексона. В нём он, или каскадер, в конце концерта улетал со сцены, приводя публику в изумление.
•          Ещё одно знаменитое появление ранца произошло на открытии Летних Олимпийских игр в Лос-Анджелесе в 1984 г. Пилотировал ранец  Билл Сьютор, легендарная личность (всего на его счету свыше 1200 полётов — больше, чем у любого другого пилота по сей день). Билл взлетел из-за трибун, пролетел над рядами зрителей, которые от неожиданности прикрывали головы руками, и приземлился напротив президентской трибуны, где сидел Рональд Рейган. Полет наблюдали 100 000 зрителей на трибунах и около 2,5 миллиардов телезрителей в всем мире.
•          Ранец-вертолет появлялся в фильме "Агент Коди Бенкс". Сцена, где агент Коди Бэнкс и его наставник из ЦРУ Роника Майлз проникают в логово злодея, однако полет был создан аниматорами.

   

              На выступлении М.Джексона

Выводы

•          Первые ранцевые ЛА появились в конце 50-х годов XX века.
•          Существует множество видов ранцевых ЛА, которые различаются в зависимости от силовой установки.
•          Ранцевые ЛА часто используются в массовой культуре.
•          На  данный момент иметь ранцевый летательный  аппарат дорогое удовольствие.
•          Наиболее широкое применение получили парапланы, паралеты и гидроранцы.
•          Если на земле ранец зачастую используется в качестве аттракциона, то при выходе человека в открытое космическое пространство-это неотъемлемая часть экипировки космонавта.

    Заключение

 Представим себе утро  солнечного дня, выпив чашку кофе Вы выходите на балкон, надеваете ранец и прямо с балкона, ощущая прохладу летнего утра, минуя проклятущие пробки, мчитесь на встречу новому дню. Конечно, сейчас это кажется кадрами фантастического фильма, но как знать….

Ведь тот же автомобиль, изобретённый Фердинантом Вербистом еще в 1672 году, как игрушка для китайского императора, спустя годы превратился в предмет роскоши, а за тем в повседневное средство передвижения, жизнь без которого мы сегодня не можем себе представить.

Подводя итог своей историко-исследовательской работы, я все больше убеждаюсь, что ранцевые ЛА с развитием компьютерных технологий,  замененной существующих силовых установок на электрические двигателей, сокращением  размеров  и веса аккумуляторов может быть не в скором будущем, но обязательно получат широкое применение в повседневной жизни человека.

 

Список используемых источников