飞行背包，作为一种能让人类飞行的独特工具，或许即将出现在特种作战的场景中。
2024年11月13日，法国陆军在国家步兵日活动中，测试了“飞行士兵”这一概念：全副武装的特种兵，操纵飞行背包快速掠过半空，执行目标任务。法国陆军认为，将飞行背包融入步兵行动中，可以在战场上提供无与伦比的机动性和灵活性，从而增强作战能力。该技术将能够在山区或城市环境等具有挑战性的地形上快速部署，轻松绕过自然和人造障碍。
法国陆军在测试中飞行背包 | 图源：法国国防部
法国陆军在测试中所使用的飞行背包，由一家名为重力工业（Gravity Industries）的英国初创公司所研制。早在2019年，英国特种部队曾经使用该公司的飞行背包，在海上进行快速登船的测试。
要知道，在海上环境中，登上一艘移动中的船只通常面临巨大挑战。在测试中，一名特种兵从快艇上起飞，飞越海面，并在几秒钟内降落在目标船只的甲板上，展示了该装备能够显著缩短渗透时间并减少暴露于威胁的能力。相关视频流出后，曾在社交媒体上引发围观。
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就在法军测试飞行背包的前几天，Gravity公司创始人理查德・布朗宁曾向媒体透露，该公司即将在未来18个月内，与两个国家的武装部队签署价值“数千万美元”的飞行背包采购协议。据关注创业新闻的媒体Sifted报道，这两个国家一个是荷兰，另一个是东南亚国家。
按照布朗宁的说法，目前世界上能够不系安全绳、自由驾驶飞行背包的人，大约只有50名左右。其操控存在较高的学习门槛。如今种种迹象显示，飞行背包这一科幻小说和影视大片中的酷炫装备，可能很快会在战场上出现，而掌握飞行背包技术的特种兵，也将迅速扩充其使用者队伍。
把人“绑在”火箭发动机上
尽管看上去像一个简单的背包，但飞行背包实际上是一种能够垂直起飞和降落的复杂飞行器。具体而言，这是一种将小型推进装置通过捆扎、背负等穿戴方式附着于操作人员身体的相应部位，通过使用控制台对发动机进行操作，使单个操作人员实现快速短距离飞行并安全着陆的飞行器。就功能而言，这种飞行器与常见的直升机或者无人机等垂直起降设备十分接近，特殊之处主要在于其具有小型化和可穿戴的特点。
飞行背包穿戴示意图 | 图源：Jetpack公司
飞行背包其实并不算什么新东西，而是早在上世纪60年代就已经出现。在越南战争期间，当地丛林地形的特点是灌木茂盛、河网纵横，加之越南游击队大面积地铺设地雷并设置了大量机关陷阱，使得本就对地形不大适应的美国军队行进更加困难。针对这一问题，美军希望能够寻求一种可以短暂在空中飞行的单兵装备，使士兵在需要的时候可以利用飞行的方式越过障碍。针对这一需求，美国著名的直升机厂商贝尔公司发明了一种飞行背包，并试飞成功。
贝尔飞行背包里共装有三种物质，分别是过氧化氢推进剂、高压氮气和表面覆盖着硝酸钐的银催化剂，核心组件是一台单组元火箭发动机，背包的两侧是两条外包隔热材料的弯管以供气流通过。当使用者需要背包工作时，便打开阀门，存储的高压氮气得到释放，将过氧化氢推进剂推入催化剂室中并发生化学反应，在瞬间就可以生成大量高压高温蒸汽。蒸汽从背包顶端流过两侧的弯管，再从末端的两个喷嘴向下喷出，至少可以产生135公斤的推力，这样的力量足以将使用者送上天空，做一次短暂的火箭飞行。
试飞成功后，贝尔公司乐观地相信这种飞行背包不仅可以成为侦察部队的理想工具，还可以帮助取得战斗的胜利。按照他们的设想，在作战前可以派侦察兵使用飞行背包飞在部队前面进行敌情侦察，发现敌方部队的情报后则可以立即回报给指挥官。在作战中，身负飞行背包的特种部队士兵则可以利用空间高度越过敌方的防守部队，从背后对其进行攻击，达到突袭的效果。
不过，虽然想法很美好，但现实却很骨感。在随后的应用评估中，美国军方认为这种装备相当不切实际，因为使用飞行背包的士兵都在离地10到50米的高度飞行，这样的高度完全在敌人的武器射程范围内，再加上空中没有任何遮蔽掩体，飞行中的士兵简直就是越南部队的活靶子，所以军方很快就否决了对这一装备的采购。
不过，这种背包也没有完全被人们遗忘。1984年，第23届世界夏季奥运会在美国加州的洛杉矶市隆重举办。在盛大的开幕式上，一位名叫尼尔森·泰勒（Nelson Tyler）的人身着宇航服，背着一个背包样的装置从天而降，似乎刚刚从月球返回。虽然这次飞行的时间只有短短15秒，却瞬间引爆了全场的热烈掌声，在场观众无不惊叹科技的神奇。泰勒所使用的，正是这种型号的背包。
为战争而研发，但却在象征和平的奥运会上大放异彩，这无疑为这种背包赋予了一种特殊意义。
尼尔森·泰勒出现在1984年洛杉矶奥运会开幕式会场上空 | 图源：Jetpack公司
动力系统的变革
在火箭飞行背包被军方拒绝后，贝尔公司也曾想将这种装置用于其他用途，比如作为单人快速交通工具等，但很快就发现即便刨除成本的因素，这个想法实现起来也不大容易。
最主要的原因就在于这种背包所采用的动力是火箭发动机。具体而言，首先是火箭发动机的效率比较低，采用这种贝尔喷气背包，携带23升的燃料也只能维持30秒的飞行时间；其次是火箭发动机的喷流方向不能变，携带这种飞行背包飞行，人就像一个大号的“窜天猴”，相当于进行一次远距离的跳远，可控性极差；还有就是发动机喷出的气流温度可达700摄氏度以上，这要求使用者必须做好防护，否则极有可能被烫伤。
针对这些问题，新一代飞行背包的变革主要体现在动力系统上，目前分别有几条技术途径。
由新西兰人格伦·马丁（Glenn Martin）发明的马丁飞行背包采用了双导管风扇产生升力的方案。该背包所使用的动力装置为一部2升容量、输出功率可达200马力的4缸双冲程摩托车用发动机。发动机通过汽车风扇皮带牵引两个风扇水平旋转，利用扇叶旋转所产生的升力实现垂直起降和空中飞行，这一点和直升飞机非常类似。为了进一步提高效率，在风扇外部还设计了两个外形如啤酒桶一样的涵道。在空间布置上，发动机、燃料箱和飞行员处于升力风扇中间及下方，这样可以降低重力中心，避免在飞行中上下颠倒，使飞行更加稳定。
格伦·马丁于1981年就开始关注飞行背包的概念，并着手进行研发工作。17年后，他在新西兰建立了马丁飞行器公司。据介绍，马丁飞行背包的燃料箱一次性可加注5加仑（约19升）汽油，可支撑约30分钟的飞行时间，最大飞行速度可达74千米/小时，最大可携带载荷质量为120千克，基本上能够满足单人飞行以及携带一定装备的需求。马丁飞行背包在2008年美国一次航展上小试身手，取得了不小的反响，后来还被美国《时代》杂志评为2010年世界50项顶级发明之一。
穿戴马丁飞行背包的飞行者 | 图源：马丁飞行器公司
由美国Jetpack公司研发的飞行背包则采用了另外一种动力系统，即飞机所使用的小型涡轮喷气发动机，但并非直接使用，而是进行了一些特殊改装以适应垂直飞行。Jetpack飞行背包一般使用多台发动机（如JB-11型为6台），这样做的好处是多台发动机并联起来可以实现更大的推力，同时通过改变每台发动机输出的推力大小，可以实现总推力大小和方向的改变。如此一来，不但可以改善飞行过程中的自身平衡能力，还可以实现加速或转弯等机动动作。不过，采用这种方案需要引入一台复杂的发动机控制计算机和更加精细化的控制软件，这导致系统的复杂性和成本均相应增加。
Jetpack公司的创办者大卫·梅曼是澳大利亚人，他原本是一名职业投资人，主要从事管理咨询以及资源行业的并购工作。不过同时，他也是一名狂热的飞行爱好者，先后考取了澳大利亚、欧洲和美国等多个国家和地区的固定翼飞机和直升机驾驶执照。2007年，大卫·梅曼和尼尔森·泰勒（即1984年洛杉矶奥运会开幕式出场的飞行员，也是贝尔火箭背包的主要研发者之一）结识，开始合作研发新一代飞行背包。
2015年11月3日，大卫·梅曼亲自驾驶其研发的JB-9型“便携式涡轮动力垂直起降喷气背包”，成功实现了环绕美国著名的自由女神像飞行，实现了科技与艺术的完美融合。
2015年，大卫·梅曼利用飞行背包飞越美国自由女神像 | 图源：Jetpack公司
2016年，大卫·梅曼正式在洛杉矶注册成立Jetpack航空公司。目前该公司的主打产品型号为JB-11，它可以使用JP-8航空煤油、普通煤油或柴油等作为燃料，最多可携带38升，保障至少10分钟的持续飞行时间。其最大飞行速度可超过190千米/小时，最大可携带188千克的载荷，最大飞行高度可超过4000米。
穿戴Jetpack飞行背包的飞行者在空中飞行 | 图源：Jetpack公司
除上述两种方案外，开头提到被多国军方测试的Gravity公司的产品极具竞争力。其研发的JetSuit飞行背包，动力装置采用5台微型燃气涡轮发动机（也可拓展为7台），总功率可以超过1000马力。
与其他飞行背包相比，JetSuit最大的特点是除了身后的背包上安装了一台发动机以外，每只手臂上也各有2台发动机。这样的布局可以将三组喷射动力装置巧妙地布置在自身重心的四周，一方面可以保证较好的稳定性，另一方面还可以通过手臂摆动改变发动机的喷射方向，调节飞行方向和姿态。相比之下，这种“人体控制”的方式不但更加灵敏，而且可以省去复杂的飞控系统，降低飞行背包的复杂性，在一定程度上降低成本。不过，对于飞行者来说，操纵这种背包的难度非常大，非常容易“人仰包翻”。
穿戴JetSuit飞行背包的飞行者在空中飞行 | 图源：Gravity Industries公司
JetSuit飞行背包的发明者是英国人理查德・布朗宁，他曾在英国皇家海军陆战队服役六年，之后在英国石油公司担任石油交易员。他于2017年创立Gravity Industries公司，目前该团队核心成员由来自五个不同国家的30多名精英组成，其中既包括工程师和科学家，也包括飞行员。目前JetSuit飞行背包可使用航空煤油、柴油、甚至生物燃料作为推进剂，最大可产生175千克的推力，最大飞行速度不低于80千米/小时。令人惊奇的是，整套飞行背包的重量只有27千克，是现有飞行背包中质量最轻的一种。
2024年2月28日，该公司仿照一级方程式汽车比赛的模式，主办了世界首届JetSuit竞赛，为所有参赛选手提供了JetSuit飞行背包。比赛过程中，选手们身穿钢铁侠式飞行背包在水面赛道飞驰，绕过浮标冲向终点，还使用第一视角（FPV）无人机进行跟踪拍摄，极大地提高了比赛的可观赏性。
有待优化和完善之处
虽然飞行背包经历了几十年的发展，动力系统等核心技术已日臻成熟，但在实际使用、飞行安全和社会管理等几个层面，仍存在一系列有待优化和完善之处。
在实际使用层面，主要是三个方面的提升需求。
首先是续航里程仍需提升。目前飞行背包多采用燃油动力，受穿戴体积限制，燃油携带量有限，这导致飞行背包续航时间普遍较短，最好情况下也仅能维持几十分钟的飞行，因此“续航焦虑”问题十分突出。
其次是飞行控制水平还需提升。目前的飞行大多带有演示性质，对于这种演示，一方面所选择的飞行员素质高、经验足，另一方面所选择的飞行时间和地点也经过精心筹划，所以一般来说问题不大。但如果到实际中，由于飞行背包体积小、重量轻，受气流、风速等环境因素干扰大，容易出现飞行姿态失控等问题，这将对飞行控制系统的精准度和鲁棒性提出更高的要求。
第三是负载能力还需要提升。虽然现有飞行背包的负载能力一般都超过100千克，但由于背包自身以及燃料的重量仍比较大，因此实际上只能承载单人及少量装备，这对于实际应用而言也是一个不小的限制。
在飞行安全方面，重点是应对三个方面的风险。
第一是故障风险。飞行背包结构复杂，包含多个机械部件和电子系统，在飞行中如果出现发动机故障、控制系统失灵、燃料泄漏等任何问题，都可能使飞行背包失去动力或失控，导致严重后果，甚至造成人员伤亡。
第二是飞行风险。飞行背包飞行高度低、速度快，飞行环境复杂多变，易与建筑物、树木、电线等障碍物发生碰撞。同时，低空飞行也增加了与鸟类等生物相撞的风险。
第三是气流干扰风险。目前飞行背包的动力系统以喷气式发动机为主，其尾部喷出的高温高压气体如果作用于周围的广告牌等物体，也有可能发生危险。此外，如果考虑多个飞行背包客同时在空中飞行，相互之间的气流干扰也增加了发生危险的可能。
Jetpack公司高管尼克·马康博曾在2016年一次试飞中失控坠落，并受伤入院 | 图源：Twitter
在社会管理方面，主要是两个方面的完善。
一方面是公众的认知需要完善。作为一种新生事物，公众对飞行背包的了解极为有限，这可能会导致对其安全性产生担忧和质疑，甚至引发恐慌。这种负面的公众认知会给飞行背包的推广和应用带来不小的阻力，必须认真对待。
另一方面是相关管理法规的完善。目前全球多数地区的航空法规主要针对传统航空器制定，对飞行背包这类新型个人飞行装备的管理规范还不完善，甚至处于空白，对于飞行背包的飞行资质、飞行区域、飞行高度、飞行时间等也都缺乏相应的规定。
飞行背包的未来
尽管飞行背包最近的应用场景会聚焦于军事用途，但必须看到其在民用领域的使用空间，也同样充满想象。
随着全球各国对于低空经济的重视程度不断提升，俗称“飞行汽车”的电动垂直起降飞行器（electric Vertical Take-off and Landing，eVTOL）的发展势头十分迅猛，目前全球已有数百家公司从事相关技术研发，并已多次进行成功试飞。与“飞行汽车”相比，飞行背包更像是“飞行摩托车”，这种飞行器虽然载荷较小，但比eVTOL更加灵活便捷，而且停放占地面积和起飞场地要求也都更低，具有自己独特的优势，因此也依然有望发展为一种灵活的单人飞行工具。不过，先决条件是前述几个层面的问题可以有效改善或解决。
除了作为交通工具使用外，飞行背包还有许多其他的应用场景。例如，当电力系统巡检时，特别是在一些偏远地区，电力工人可使用飞行背包直接飞抵塔架进行检查和维护，大幅提升效率。在高层火灾救援现场，消防人员可以利用飞行背包在几分钟内直接飞到事故地点近距离查看火情、定点灭火或者实施救援等。2016年，曾有消息宣称阿联酋政府准备为迪拜消防部门采购20个马丁飞行背包，但是否真正落实则未见后续报道。此外，在大型文艺演出或是主题公园表演中，穿戴飞行背包的演员在空中完成各种高难度的舞蹈和杂技表演，也可以为观众带来全新的观赏体验。
尽管用途可以多种多样，但飞行背包的实际推广仍充满了不确定性，除了前面所提到的一系列问题外，高昂的售价更会令人望而却步。马丁飞行背包在2015年曾在国内公开发售，每套标售价格高达人民币160万元！而Jetpack航空公司的JB-11型飞行背包在2019年的售价就高达34万美元，这还只是基础款，如果需要添加配置还需支付额外的费用。英国重力工业公司的Jetsuit飞行背包的公开售价更是高达44万美元！
除飞行背包自身的价格外，其使用一般都需要经过专业培训，培训费用也是一笔不小的支出。按照Jetpack航空公司公布的价格，仅仅两天的培训课程收费就需要4950美元。由此可以推测，高昂的价格定位使得飞行背包在未来一段时期内或许仅能成为高端富豪的极限运动装备。
近期在“大力发展低空经济”政策的牵引下，国内已有一批初创公司开始涉足这一行业，不过总体看来仍处于起步阶段，所发布的信息也主要以动画或者模型的形式展示，尚没有看到真正的实物。尽管前途未卜，但在低空经济的政策红利下，在“中国速度”和“中国效率”的双重加持下，或许飞行背包能在国内闯出一条属于自己的道路。
参考文献
[1]https://jetpackaviation.com/
[2]https://newatlas.com/tag/martin-jetpack/
[3]王保成，陈健，世界飞行背包现状与未来发展趋势，军事文摘，2016（5）
[4]https://pacificairshowaus.com/2024-performers/gravity-industries-jet-suits
[5]https://gravity.co/
[7]https://sifted.eu/articles/gravity-defence-tech-jetpacks-military
[8]https://armyrecognition.com/news/army-news/army-news-2024/french-army-follows-british-royal-marines-in-testing-jetpack-and-flying-soldier-concept
