熱氣球 人類最早的航空器

李嘉騫 沈海軍

熱氣球是人類歷史上最早的航空器，比飛機的發明早了100多年。迄今為止，全世界已有2萬多個熱氣球。在歐美等發達國家，幾乎每天都有熱氣球賽事活動。

從孔明燈到載人熱氣球

世界公認的最古老的“熱氣球”是在中國古代出現的孔明燈，它已有至少1000年的歷史。那時候，人們將竹篾扎成方架，糊上紙，制成燈籠，然后點燃下面托盤上的松脂，上升的松煙會將燈籠托起升空。這種紙燈當時多用于軍事聯絡之用，又被稱為“孔明燈”。它在民間流傳范圍很廣，時至今日，孔明燈的放飛活動仍在持續，不過其意義已不再是過去的聯絡之用，而是成為祈福許愿的民間習俗，變成中國傳統文化的一部分。

孔明燈與今天的熱氣球相比，兩者的工作原理十分相似：當空氣受熱膨脹后，密度會變小從而帶動物體向上升起。由此可見，孔明燈算得上是最原始的熱氣球。只不過，孔明燈是不能載人的。

載人熱氣球的發明者是法國的蒙特哥菲爾兄弟。燃燒物體時，濃煙滾滾升空，放在爐火上烘烤的衣物能被爐火散發的熱氣掀起上飄，這讓他們頗受啟發，萌生了制作熱氣球的念頭。

1782年，蒙特哥菲爾兄弟開始了對熱氣球的研究。1782～1783年上半年，他們多次制作熱氣球模型進行升空試驗。1783年6月，蒙特哥菲爾兄弟用亞麻布和紙做了1個800立方米的熱氣球，在球體下方燃燒稻草，以便讓熱氣球升空。他們認為，濃煙有助于氣球升空，在稻草中又特意加些濕布和腐肉。滾滾濃煙充入氣球后，氣球升空近千米高，飛行了2000米遠。

同年9月19日，兄弟倆又在法國國王和眾大臣面前，把他們用亞麻漆布制作的1只1400立方米的熱氣球（直徑12米、高26米），載著一只母鴨、一只公雞和一只綿羊，升到了500米高空，氣球在空中飛行了8分鐘、4000米后降落在巴黎郊外。這次飛行為人類乘坐熱氣球升空建立了極大的信心。

1783年11月21日，蒙特哥菲爾兄弟將他們精心制作的2200立方米的熱氣球放到巴黎市中心，請兩名法國青年乘上氣球。氣球升到了1000米的空中，飛行了25分鐘，飛行距離達10千米，創造了人類首次升空的歷史。這次飛行比萊特兄弟的飛機飛行整整早了120年。

在蒙特哥菲爾兄弟研究熱氣球的同時，法國物理學家賈克·查爾斯也開展了氫氣球的研究工作。1783年8月27日，查爾斯放飛了一個直徑將近4米的氫氣球。它升空后飛行了45分鐘，飄到了25千米以外后落地。1783年12月1日，查爾斯親自駕駛他制作的氫氣球與M.N.羅伯特成功升空，他們飛行了兩個小時，飛行距離36千米。熱氣球和氫氣球的相繼載人飛行成功開創了人類乘坐氣球升空的歷史。

1785年6月5日，人類首次升空者之一的J.F.P.羅齊埃與某制造商共同研制熱氣與氫氣的混合氣球。不幸的是，在第一次試飛時，氣球在空中著火失事，羅齊埃遇難。為了紀念這位勇敢的先驅，現代環球飛行所使用的混合型氣球被命名為“羅齊埃氣球”。

走向現代應用

由于球囊材料和燃料等方面的原因，熱氣球在被發明后的170多年間都難以推廣應用。直到1956年4月15日，氣囊空氣加溫的難題才最終解決。那天，美國人詹姆斯·孔托使用裝備了新型丙烷燃燒器的熱氣球，成功飛行了26分鐘。其后，熱氣球球囊材料使用了質量輕、強度大的美國軍用降落傘尼龍布。新的燃料和球體材料為熱氣球的發展帶來了光明的前景。

1960年10月21日，第一個現代材料的熱氣球（被稱為現代熱氣球）在美國飛行成功，現代熱氣球的出現對熱氣球的應用和普及產生了極大的推動作用。1966年，歐洲也出現了第一個現代熱氣球。之后，這項活動很快得到推廣普及。

1973年，在美國的新墨西哥城舉辦了第一屆熱氣球世界錦標賽。此后，每兩年在世界不同地點舉辦一屆比賽。國際航空聯合會對熱氣球飛行還設有不同類型和級別的升空高度、續航時間、飛行距離等項目的世界紀錄。

1999年3月20日，瑞士飛行員皮卡特和英國飛行員瓊斯駕駛“百年齡”三號混合熱氣球，飛行了19天21小時47分鐘，飛行距離40814千米，實現了環球不著陸探險飛行。2002年7月2日，美國飛行員史蒂夫·福塞特完成了單人飛行30299千米的環球熱氣球飛行創舉。

熱氣球靠什么飛起來

熱氣球主要由氣囊、用于加熱空氣的燃燒器以及裝載人員或物品的吊籃三部分組成。

氣囊由高強度的尼龍或滌綸布制成，雖然材料薄、重量輕，卻非常結實。燃燒器是熱氣球的心臟，當主燃燒器點燃時，火焰可達2～3米高，

把氣囊內部的空氣迅速加熱，以產生升力。點火燃燒器是主燃燒器的火種，一直保持著不被風吹滅的狀態。吊籃由藤條編制而成，著陸時能起到緩沖作用。它好比機艙，用來乘載飛行員、乘客、燃料瓶以及溫度表、高度表、升降表等飛行儀表。另外，熱氣球上一般備有兩套燃燒系統，以防在空中出現故障。熱氣球通常用的燃料是丙烷或液化石油氣，氣瓶固定在吊籃內，一只熱氣球能自帶80千克的液體燃料。

熱氣球利用加熱的空氣產生浮力飛行，主要通過自帶的機載加熱器來調整氣囊中空氣的溫度，從而達到控制氣球升降的目的。雖然被叫作航空器，但熱氣球并不能像飛機那樣自由飛翔，飛行員只能操縱熱氣球改變其高度。熱氣球的升與降同球體內的氣溫有關。球體內的氣溫高，氣球浮力增大，氣球就上升；球體內空氣溫度下降，球體產生的浮力小于自身的重量，氣球就下降。飛行員在吊籃內操縱著燃氣開關，隨時調整氣囊內的溫度，進而操縱熱氣球的升降。

另外，高空和低空的風速、風向是有差別的。在近地面，受地形、建筑物影響，風向會有所改變，風速也會明顯減小。如果早晨或傍晚從地面飛向空中，每幾米或每十幾米都可能有明顯的風向變化，有時風向甚至是相反的。飛行員在空中體驗各個高度的不同風向，然后操縱氣球升或降至自己所需要的風向那一高度，并保持在這一風層飛行，便可以達到自己要飛往某個目標的目的。簡單地說，風吹向哪里，氣球就飛到哪里；風速有多快，氣球飛行速度就可以有多快。

由于熱氣球的飛行受到風速、風向、氣壓等因素綜合影響，飛行過程中有許多不確定性，因此，對于駕駛員的技術要求非常高。

一天中太陽剛剛升起時或太陽下山前一兩個小時，是熱氣球飛行的最佳時間，因為此時的氣流很穩定。大風、大霧都不利于熱氣球的飛行。按照規定，風速小于6米/秒，能見度大于1500米，而且飛行空域內無降水，才可以自由飛行。對于熱氣球環球飛行來說，最大影響因素就是氣候。每年的12月和1月，北半球高空流的流速達到一年中的峰值，最快可達每小時400千米，所以，飛行者通常選擇冬季嘗試環球飛行。

除了觀光還能做什么

熱氣球是人們接觸天空最便捷也是相對花費較小的一種方法，除了用于觀光，它在科研和軍事領域也發揮著作用。

氣象觀測

用橡膠或塑料等材料制成球皮，充以氫、氦等比空氣輕的氣體，攜帶儀器升空，可以進行高空氣象觀測。大型非膨脹性的薄膜塑料氣球在邊界層探測、全球范圍內定高的水平探測以及平流層的探測試驗方面有著廣泛的應用。

軍事用途

艦隊預警用：將雷達系統天線部分載于熱氣球上，再將熱氣球拴到軍艦的大桅桿上，無需動力也可遠觀八方。

指示潛艇攻擊目標用：距敵200千米放一個氣球出去，鎖定目標，可為魚雷或巡航導彈指示目標。

戰備執勤用：國境線上隔300～500千米拴一個熱氣球，上面布置雷達及導彈，發現敵方可疑飛行器，便自動發射。

未來發展

隨著科學技術的日益進步，熱氣球的使用將不僅僅限于大氣層內部，而是向廣闊的宇宙進發。航天飛機退出歷史舞臺后，美國宇航局目前正在研發一種費用低廉的太空探索方式——使用熱氣球前往太陽系的其他行星及其衛星。

熱氣球可以執行無人任務，負責運送設備。它們的潛在目的地很多，第一站將是土星的最大衛星——土衛六“泰坦”。宇航局的噴氣推進實驗室設計了一種熱氣球，為了能夠在太空飛行中幸存，它必須能夠經受住大約-180℃的低溫考驗。目前，美國俄勒岡州近太空公司正對熱氣球原型進行高空測試。公司總裁蒂姆·拉赫邁爾表示：“我們能夠模擬它們必須要穿過的火星大氣層。”

【責任編輯】趙 菲