В воздухоплавании воздушный шар представляет собой аэростат без двигателя , который остается в воздухе или плавает благодаря своей плавучести . Воздушный шар может быть свободным, двигаться по ветру или привязанным к фиксированной точке. Он отличается от дирижабля , который представляет собой аэростат с приводом, который может двигаться по воздуху контролируемым образом.
Многие воздушные шары имеют корзину , гондолу или капсулу, подвешенную под основной оболочкой для перевозки людей или оборудования (включая камеры, телескопы и механизмы управления полетом).
Аэростанция — это устаревший термин, относящийся к воздухоплаванию на воздушном шаре, а также к конструкции, эксплуатации и навигации летательных аппаратов легче воздуха. Книга Тиберия Кавалло « История и практика аэростанции» была опубликована в 1785 году. [1] По этой теме были опубликованы и другие книги [2] [3] [4] , в том числе Монка Мейсона . [5] Драматург Фредерик Пилон написал пьесу с названием «Аэростанция». [6]
Воздушный шар концептуально является самым простым из всех летательных аппаратов. Воздушный шар представляет собой тканевую оболочку, наполненную газом, который легче окружающей атмосферы . Поскольку весь воздушный шар менее плотен , чем его окружение, он поднимается, увлекая за собой прикрепленную снизу корзину, в которой находятся пассажиры или полезный груз. Хотя у воздушного шара нет двигательной системы, возможна определенная степень контроля направления, заставляя воздушный шар подниматься или опускаться по высоте, чтобы найти благоприятное направление ветра.
Существует три основных типа воздушных шаров:
И воздушный шар, или воздушный шар Монгольфьера, и газовый баллон до сих пор широко используются. Воздушные шары Монгольфьер относительно недороги, поскольку для их конвертов не требуются высококачественные материалы, и они популярны среди воздухоплавателей.
Первый воздушный шар, который перевозил пассажиров, использовал горячий воздух для получения плавучести и был построен братьями Жозефом и Этьеном Монгольфье в Анноне , Франция, в 1783 году: первый пассажирский полет состоялся 19 сентября 1783 года, на нем были овца, утка и петух.
Первый полет на привязном пилотируемом воздушном шаре был осуществлен на более крупном воздушном шаре «Монгольфье», вероятно, 15 октября 1783 года. Первый полет на свободном воздушном шаре был совершен на том же воздушном шаре «Монгольфье» 21 ноября 1783 года.
При нагревании воздух расширяется, поэтому в данном объеме пространства содержится меньше воздуха. Это делает его легче, и, если его подъемная сила превышает вес содержащего его воздушного шара, он поднимет воздушный шар вверх. Воздушный шар может оставаться в воздухе только тогда, когда в его горелке есть топливо, чтобы воздух оставался достаточно горячим.
Первые воздушные шары Монгольфье использовали твердотопливную жаровню , которая оказалась менее практичной, чем водородные шары, которые последовали за ними почти сразу же, и вскоре полеты на воздушных шарах прекратились.
В 1950-х годах удобство и низкая стоимость баллонных газовых горелок привели к возрождению полетов на воздушных шарах для спорта и отдыха.
Высота или высота воздушного шара регулируется путем поворота горелки вверх или вниз по мере необходимости, в отличие от газового шара, где часто носят балластные грузы, чтобы их можно было сбросить, если воздушный шар опустится слишком низко, а также для того, чтобы приземлиться. подъемный газ должен быть стравлен через клапан.
Воздушный шар для перевозки людей, использующий в качестве плавучести легкий газообразный водород, был изготовлен профессором Жаком Шарлем и запущен менее чем через месяц после полета Монгольфье, 1 декабря 1783 года. Газовые шары имеют большую подъемную силу при заданном объеме, поэтому в них нет необходимости быть настолько большими, и они также могут оставаться наверху гораздо дольше, чем горячий воздух, поэтому газовые шары доминировали в воздухоплавании в течение следующих 200 лет. В 19 веке для наполнения воздушных шаров было обычным использовать городской газ ; он был не таким легким, как чистый газообразный водород, имея примерно половину подъемной силы, но был намного дешевле и легко доступен.
Легкие газовые шары преобладают в научных целях, поскольку они способны достигать гораздо больших высот в течение гораздо более длительных периодов времени. Обычно они заполнены гелием. Хотя водород обладает большей подъемной силой, он взрывоопасен в атмосфере, богатой кислородом . За некоторыми исключениями, научные полеты на воздушных шарах осуществляются без экипажа.
Существует два типа легкогазовых баллонов: нулевого давления и сверхдавления. Воздушные шары нулевого давления — традиционная форма легкогазовых баллонов. Перед запуском они частично надуваются легким газом, причем давление газа одинаково как внутри, так и снаружи шара. Когда баллон с нулевым давлением поднимается, его газ расширяется, поддерживая нулевую разницу давлений, и оболочка баллона раздувается.
Ночью газ в баллоне с нулевым давлением охлаждается и сжимается, в результате чего шар тонет. Аэростат с нулевым давлением может поддерживать высоту только за счет выпуска газа, когда он поднимается слишком высоко, когда расширяющийся газ может угрожать разрывом оболочки, или за счет выпуска балласта, когда он опускается слишком низко. Потеря газа и балласта ограничивает срок службы баллонов нулевого давления до нескольких дней.
Аэростат сверхдавления , напротив, имеет жесткую и неэластичную оболочку, которая заполняется легким газом до давления, превышающего давление внешней атмосферы, а затем запечатывается. Баллон сверхдавления не может сильно менять размер и поэтому сохраняет в целом постоянный объем. Аэростат сверхдавления поддерживает высоту постоянной плотности в атмосфере и может продолжать полет до тех пор, пока утечка газа постепенно не приведет его к падению. [9]
Воздушные шары сверхдавления обеспечивают продолжительность полета в течение нескольких месяцев, а не дней. Фактически, в типичной операции полет наземного аэростата сверхдавления заканчивается командой наземного управления открыть оболочку, а не естественной утечкой газа.
Высотные воздушные шары используются в качестве высоколетающих судов для перевозки научных инструментов (например, метеозондов ) или достигают высот, близких к космическому пространству, для съемки или фотографий Земли. Эти воздушные шары могут подниматься в воздух на высоту более 100 000 футов (30,5 км) и предназначены для взрыва на заданной высоте, где парашют развернется и безопасно доставит полезный груз обратно на землю. [10]
При кластерном воздухоплавании для полета используется множество газонаполненных воздушных шаров меньшего размера.
Первые воздушные шары не могли оставаться наверху очень долго, потому что они использовали много топлива, в то время как первые водородные шары было трудно поднять или опустить по желанию, потому что воздухоплаватель мог выпустить газ или сбросить балласт только ограниченное количество раз. Пилатр де Розье понял, что для полета на большие расстояния, например, через Ла-Манш , воздухоплавателю придется использовать разные направления ветра на разных высотах. Поэтому было бы важно хорошо контролировать высоту и при этом иметь возможность оставаться на ногах в течение длительного времени. Он разработал комбинированный воздушный шар с двумя газовыми баллонами — воздушный шар Розье . Верхний содержал водород и обеспечивал большую часть устойчивой подъемной силы. Нижний удерживал горячий воздух и мог быстро нагреваться или охлаждаться, обеспечивая переменную подъемную силу для хорошего контроля высоты.
В 1785 году Пилатр де Розье взлетел, пытаясь перелететь через Ла-Манш, но вскоре во время полета баллон с водородом загорелся, и де Розье не выжил в последовавшей аварии. Это принесло де Розье титул «Первый, кто полетит, и первый, кто умрет».
Лишь в 1980-х годах была разработана технология, обеспечивающая безопасную эксплуатацию самолетов типа Розье, например, с использованием негорючего гелия в качестве подъемного газа, и несколько конструкций успешно совершили полеты на большие расстояния.
В качестве альтернативы свободному полету воздушный шар может быть привязан , чтобы обеспечить надежный взлет и посадку в одном и том же месте. Некоторые из первых полетов на воздушных шарах были привязаны в целях безопасности, и с тех пор воздушные шары привязывались для многих целей, включая военное наблюдение и воздушные заграждения, метеорологические и коммерческие цели.
Естественная сферическая форма воздушного шара нестабильна при сильном ветре. Привязные воздушные шары для использования в ветреную погоду часто стабилизируются за счет аэродинамической формы и прикрепляются к тросу с помощью ремня. Это так называемые воздушные шары .
Воздушный змей отличается от кайтуна , который получает часть подъемной силы аэродинамически.
Беспилотные воздушные шары упоминаются в истории Китая. Чжугэ Лян из королевства Шу Хань в эпоху Троецарствия (220–280 гг. Н.э.) использовал воздушные фонари для военной сигнализации. Эти фонари известны как фонари Конгмин (孔明灯). [11] [12] Монгольская армия узнала о фонаре Конгмин от китайцев и использовала его в битве при Легнице во время монгольского вторжения в Польшу. [13] В 1709 году бразильско-португальский священнослужитель Бартоломеу де Гужман заставил воздушный шар, наполненный нагретым воздухом, подняться в комнату в Лиссабоне . 8 августа 1709 года в Лиссабоне Гужману удалось поднять небольшой воздушный шар из бумаги с горячим воздухом примерно на четыре метра перед королем Жуаном V и португальским двором . [19] Он также утверждал, что построил воздушный шар под названием «Пассарола» ( «Большая птица ») и попытался подняться из замка Святого Георгия в Лиссабоне, приземлившись примерно в одном километре от него. Однако утверждение об этом подвиге остается неопределенным, хотя в источнике, используемом FAI, есть запись об этом полете, точное расстояние и условия полета не подтверждены. [20]
После работы Генри Кавендиша о водороде в 1766 году Джозеф Блэк предположил , что воздушный шар, наполненный водородом, сможет подниматься в воздух.
Первый зарегистрированный пилотируемый полет был совершен на воздушном шаре, построенном братьями Монгольфье 21 ноября 1783 года. [20] Полет начался в Париже и достиг высоты около 500 футов. Пилоты Жан-Франсуа Пилатр де Розье и Франсуа Лоран д'Арланд преодолели около 5,5 миль (8,9 км) за 25 минут.
1 декабря 1783 года профессор Жак Шарль и братья Робер совершили первый полет на газовом шаре, также из Парижа. Их наполненный водородом воздушный шар поднялся почти на 2000 футов (600 м), пробыл в воздухе более 2 часов и преодолел расстояние в 27 миль (43 км), приземлившись в небольшом городке Несль-ла-Валле .
Первый итальянский подъем на воздушном шаре был совершен графом Паоло Андреани и двумя другими пассажирами на воздушном шаре, спроектированном и построенном тремя братьями Герли, 25 февраля 1784 года. Публичная демонстрация произошла в Бругерио несколько дней спустя, 13 марта 1784 года, когда Транспортное средство пролетело на высоту 1537 метров (5043 фута) и на расстояние 8 километров (5,0 миль). [21] 28 марта Андреани получил овации в Ла Скала , а затем медаль от Иосифа II, императора Священной Римской империи .
Де Розье вместе с Жозефом Прустом принял участие в следующем полете 23 июня 1784 года на модифицированной версии первого воздушного шара Монгольфье, названного Марией -Антуанеттой в честь королевы. Они взлетели на глазах у короля Франции и короля Швеции Густава III . Воздушный шар летел на север на высоте примерно 3000 метров над облаками, преодолев 52 км за 45 минут, прежде чем холод и турбулентность заставили его спуститься мимо Люзарша , между Кой и Орри-ла-Виль , недалеко от леса Шантильи.
Первый подъем на воздушном шаре в Великобритании совершил Джеймс Титлер 25 августа 1784 года в Эдинбурге , Шотландия, на воздушном шаре .
Первая авиационная катастрофа произошла в мае 1785 года, когда город Талламор , графство Оффали , Ирландия, был серьезно поврежден, когда крушение воздушного шара привело к пожару, в результате которого сгорело около 100 домов, что сделало город местом первой в мире авиационной катастрофы . По сей день на городском щите изображен феникс , восстающий из пепла.
Жан-Пьер Бланшар совершил первый пилотируемый полет на воздушном шаре в Америке 9 января 1793 года после тура по Европе, чтобы установить рекорд первого полета на воздушном шаре в таких странах, как Австрийские Нидерланды , Германия, Нидерланды и Польша . Его наполненный водородом воздушный шар взлетел со двора тюрьмы в Филадельфии , штат Пенсильвания. Полет достиг высоты 5800 футов (1770 м) и приземлился в округе Глостер, штат Нью-Джерси . Президент Джордж Вашингтон был среди гостей, наблюдавших за взлетом. Софи Бланшар , замужем за Жан-Пьером, была первой женщиной, пилотировавшей собственный воздушный шар, и первой женщиной, сделавшей воздухоплавание своей профессией. [22]
29 сентября 1804 года Авраам Хопман стал первым голландцем, совершившим успешный полет на воздушном шаре в Нидерландах . [23]
Газовые баллоны стали наиболее распространенным типом с 1790-х по 1960-е годы. Французский военный наблюдательный аэростат L'Intrépide 1795 года выпуска — старейший сохранившийся самолет в Европе; он выставлен в Heeresgeschichtliches Museum в Вене. Жюль Верн написал короткий научно-популярный рассказ, опубликованный в 1852 году, о том, как он застрял на борту водородного шара. [24]
Самый ранний успешный полет на воздушном шаре, зарегистрированный в Австралии, был совершен Уильямом Дином в 1858 году. Его воздушный шар был наполнен газом и пролетел 30 км с двумя людьми на борту. [25] 5 января 1870 года Т. Гейл совершил восхождение из Домена в Сиднее. Его воздушный шар имел длину 17 метров и окружность 31 метр, и его восхождение, когда он сидел на сетке, заняло у него около мили, прежде чем он приземлился в Глебе. [26]
Анри Жиффар также разработал привязной воздушный шар для пассажиров в 1878 году в саду Тюильри в Париже. Первый привязной воздушный шар в наше время был изготовлен во Франции в замке Шантийи в 1994 году компанией Aerophile SA .
Первое военное использование воздушного шара произошло в битве при Флерюсе в 1794 году, когда L'Entreprenant использовался французским аэростатическим корпусом для наблюдения за перемещениями противника. 2 апреля 1794 г. во французской армии был создан корпус воздухоплавателей; однако ввиду материально-технических проблем, связанных с добычей водорода на поле боя (требовалось сооружение печей и заливание водой раскаленного железа), в 1799 году корпус был расформирован.
Первое крупное использование воздушных шаров в армии произошло во время Гражданской войны в США, когда в 1861 году был создан Корпус воздушных шаров армии Союза .
Во время Парагвайской войны (1864–1870 гг.) наблюдательные аэростаты использовались бразильской армией .
Воздушные шары использовались британскими королевскими инженерами в 1885 году в целях разведки и наблюдения во время экспедиции в Бечуаналенд и Суданской экспедиции . Хотя эксперименты в Великобритании проводились еще в 1863 году, школа воздухоплавания не была основана в Чатеме, Медуэй, Кент, до 1888 года. Во время англо-бурской войны (1899–1902) использовались наблюдательные воздушные шары. Воздушный шар объемом 11 500 кубических футов (330 м 3 ) оставался надутым в течение 22 дней и прошел 165 миль в Трансвааль вместе с британскими войсками. [27]
Аэростаты, наполненные водородом, широко использовались во время Первой мировой войны (1914–1918) для обнаружения передвижения войск противника и ведения артиллерийского огня. Наблюдатели передавали свои отчеты офицерам на местах, которые затем передавали информацию тем, кто в ней нуждался. Воздушные шары часто становились целями самолетов противника. Самолеты, предназначенные для атаки на воздушные шары противника, часто оснащались зажигательными пулями с целью воспламенения водорода.
Значок «Аэронавт» был учрежден армией США во время Первой мировой войны для обозначения военнослужащих, которые были квалифицированными пилотами воздушных шаров. Наблюдательные аэростаты сохранились и после Великой войны, они использовались в русско-финских войнах, Зимней войне 1939–40 годов и Войне-продолжении 1941–45 годов.
Во время Второй мировой войны японцы запустили тысячи водородных « огненных шаров » против США и Канады . В ходе операции Outward британцы использовали воздушные шары для доставки зажигательных веществ в нацистскую Германию . В 2018 году из сектора Газа в Израиле были запущены зажигательные воздушные шары и воздушные змеи , в результате чего в Израиле было сожжено около 12 000 дунамов (3000 акров). [28]
Большие гелиевые шары используются правительством Южной Кореи и частными активистами, выступающими за свободу в Северной Корее . Они плывут через границу на сотни километров, неся новости из внешнего мира, нелегальные радиоприемники, иностранную валюту и подарки в виде предметов личной гигиены. Северокорейский военный чиновник назвал это «психологической войной» и пригрозил атаковать Южную Корею, если их освобождение продолжится. [29] [30]
Эд Йост модернизировал воздушный шар в конце 1950-х годов, используя прочные нейлоновые ткани и мощные пропановые горелки, чтобы создать современный воздушный шар. Его первый полет на таком воздушном шаре, длившийся 25 минут и преодолевший 3 мили (5 км) , произошел 22 октября 1960 года в Брунинге, штат Небраска . Усовершенствованная конструкция Йоста для воздушных шаров положила начало современному движению спортивных воздушных шаров. Сегодня воздушные шары встречаются гораздо чаще, чем газовые.
В конце 1970-х годов британский воздухоплаватель Джулиан Нотт построил воздушный шар, используя технологии, которые, по его мнению, были доступны культуре Наска в Перу примерно 1500–2000 лет назад, и продемонстрировал, что он может летать. [31] и снова в 2003 году, [32] Нотт предположил, что Наска могла использовать его в качестве инструмента для проектирования линий Наска . [31] Нотт также был пионером в использовании гибридной энергии , где солнечная энергия является значительным источником тепла, и в 1981 году он пересек Ла-Манш . [33]
В 2012 году воздушный шар Red Bull Stratos поднял Феликса Баумгартнера на высоту 128 100 футов для прыжка в свободном падении из стратосферы .
Привязные газовые шары устанавливаются в качестве аттракционов в Париже с 1999 года, в Берлине с 2000 года, в Парижском Диснейленде с 2005 года, в Парке диких животных Сан-Диего с 2005 года, в Мире Уолта Диснея в Орландо с 2009 года и на воздушном шаре DHL в Сингапуре. в 2006 году. Современные привязные газовые баллоны производятся компанией Aerophile SAS .
Воздушные шары, используемые в спортивных полетах, иногда изготавливаются по специальному дизайну для рекламы компании или продукта, например, как на иллюстрации изображен огнетушитель Chubb .
Воздушный шар в космосе использует внутреннее давление газа только для поддержания своей формы.
Спутник «Эхо» представлял собой спутник-зонд , запущенный на околоземную орбиту в 1960 году и использовавшийся для пассивной ретрансляции радиосвязи. PAGEOS был запущен в 1966 году для всемирной спутниковой триангуляции, что позволило повысить точность расчета различных мест на поверхности планеты.
В 1984 году советские космические станции «Вега-1» и «Вега-2» выпустили в атмосферу Венеры два шара для научных экспериментов . Они в течение двух дней передавали сигналы на Землю.
19 октября 1910 года Алан Хоули и Огастес Пост приземлились в пустыне Квебека, Канада, после 48-часового путешествия на 1887,6 км (1173 мили) от Сент-Луиса во время Международной гонки на воздушных шарах Гордона Беннета , установив рекорд расстояния, который удерживался более чем 20 лет. Мужчинам потребовалась неделя, чтобы выбраться из леса, за это время были мобилизованы поисковые группы, и многие приняли эту пару за мертвых. [34]
С 13 по 17 декабря 1913 года Хьюго Каулен пробыл в воздухе 87 часов. Его рекорд продлился до 1976 года. [35] [ проверка не удалась ]
27 мая 1931 года Огюст Пиккар и Поль Кипфер первыми достигли стратосферы на воздушном шаре. [36] [ не удалось проверить ]
31 августа 1933 года Александр Даль сделал первую фотографию кривизны Земли на открытом водородном шаре.
Наполненный гелием воздушный шар Explorer II , пилотируемый офицерами воздушного корпуса армии США капитаном Орвилом А. Андерсоном, майором Уильямом Э. Кепнером и капитаном Альбертом Стивенсом, достиг новой рекордной высоты 22 066 м (72 395 футов) в 11 Ноябрь 1935 года. Это последовало за предыдущим почти фатальным падением того же экипажа в июле 1934 года на предшественнике корабля « Эксплорер» после того, как его купол прорвался всего на 190 м (624 фута) меньше (как выяснилось) текущего рекорда высоты в 22 000 м (как выяснилось). 72 178 футов), установленный советским аэростатом Осоавиахим-1 .
В 1976 году Эд Йост установил 13 мировых авиационных рекордов по пройденному расстоянию и времени нахождения в воздухе в попытке пересечь Атлантический океан в одиночку на воздушном шаре (3,938 км, 107:37 ч).
В 1978 году Бен Абруццо и его команда первыми пересекли Тихий океан на воздушном шаре.
Текущий абсолютный рекорд высоты полета пилотируемого воздушного шара был установлен на высоте 34 668 м (113 739 футов) 4 мая 1961 года Малкольмом Россом и Виктором Пратером на воздушном шаре Strato-Lab V, запущенном с палубы военного корабля США Antietam в Мексиканском заливе . [а]
Предыдущий рекорд высоты для пилотируемого воздушного шара был установлен Феликсом Баумгартнером на воздушном шаре Red Bull Stratos, запущенном из Розуэлла, штат Нью-Мексико, в воскресенье, 14 октября 2012 года, на высоте 38 960,5 м (127 823 фута) .
Текущий рекорд высоты для пилотируемого воздушного шара был установлен Аланом Юстасом 24 октября 2014 года на отметке 41 419,0 м (135 889,108 футов) .
1 марта 1999 года Бертран Пиккар и Брайан Джонс отправились на воздушном шаре Breitling Orbiter 3 из Шато д'О в Швейцарии в первое безостановочное кругосветное путешествие на воздушном шаре. Они приземлились в Египте после полета длиной 40 814 км (25 361 миль), продолжавшегося 19 дней 21 час 55 минут.
Рекорд высоты для беспилотного воздушного шара составляет 53,0 километра (173 882 фута) в мезосфере при объеме 60 000 кубических метров. Воздушный шар был запущен JAXA 25 мая 2002 года из префектуры Иватэ , Япония. [38] Это самая большая высота, когда-либо достигнутая атмосферным аппаратом. Выше летали только ракеты , ракетопланы и баллистические снаряды.
В 2015 году два пилота Леонид Тюхтяев и Трой Брэдли благополучно прибыли в Нижнюю Калифорнию , Мексика, проехав 10 711 км. Двое мужчин, родом из России и Соединенных Штатов Америки соответственно, стартовали в Японии и пролетели на гелиевом шаре над Тихим океаном. Через 160 часов воздушный шар под названием «Два орла» прибыл в Мексику, что является новым рекордом расстояния и продолжительности полета для прямых газовых шаров. [39]
Дата 8 августа 1709 г. Пилот: Бартоломеу Лоуренсу де Гужман. Самый ранний зарегистрированный полет модели на воздушном шаре.
