热气球 人类最早的航空器

李嘉骞 沈海军

热气球是人类历史上最早的航空器，比飞机的发明早了100多年。迄今为止，全世界已有2万多个热气球。在欧美等发达国家，几乎每天都有热气球赛事活动。

从孔明灯到载人热气球

世界公认的最古老的“热气球”是在中国古代出现的孔明灯，它已有至少1000年的历史。那时候，人们将竹篾扎成方架，糊上纸，制成灯笼，然后点燃下面托盘上的松脂，上升的松烟会将灯笼托起升空。这种纸灯当时多用于军事联络之用，又被称为“孔明灯”。它在民间流传范围很广，时至今日，孔明灯的放飞活动仍在持续，不过其意义已不再是过去的联络之用，而是成为祈福许愿的民间习俗，变成中国传统文化的一部分。

孔明灯与今天的热气球相比，两者的工作原理十分相似：当空气受热膨胀后，密度会变小从而带动物体向上升起。由此可见，孔明灯算得上是最原始的热气球。只不过，孔明灯是不能载人的。

载人热气球的发明者是法国的蒙特哥菲尔兄弟。燃烧物体时，浓烟滚滚升空，放在炉火上烘烤的衣物能被炉火散发的热气掀起上飘，这让他们颇受启发，萌生了制作热气球的念头。

1782年，蒙特哥菲尔兄弟开始了对热气球的研究。1782～1783年上半年，他们多次制作热气球模型进行升空试验。1783年6月，蒙特哥菲尔兄弟用亚麻布和纸做了1个800立方米的热气球，在球体下方燃烧稻草，以便让热气球升空。他们认为，浓烟有助于气球升空，在稻草中又特意加些湿布和腐肉。滚滚浓烟充入气球后，气球升空近千米高，飞行了2000米远。

同年9月19日，兄弟俩又在法国国王和众大臣面前，把他们用亚麻漆布制作的1只1400立方米的热气球（直径12米、高26米），载着一只母鸭、一只公鸡和一只绵羊，升到了500米高空，气球在空中飞行了8分钟、4000米后降落在巴黎郊外。这次飞行为人类乘坐热气球升空建立了极大的信心。

1783年11月21日，蒙特哥菲尔兄弟将他们精心制作的2200立方米的热气球放到巴黎市中心，请两名法国青年乘上气球。气球升到了1000米的空中，飞行了25分钟，飞行距离达10千米，创造了人类首次升空的历史。这次飞行比莱特兄弟的飞机飞行整整早了120年。

在蒙特哥菲尔兄弟研究热气球的同时，法国物理学家贾克·查尔斯也开展了氢气球的研究工作。1783年8月27日，查尔斯放飞了一个直径将近4米的氢气球。它升空后飞行了45分钟，飘到了25千米以外后落地。1783年12月1日，查尔斯亲自驾驶他制作的氢气球与M.N.罗伯特成功升空，他们飞行了两个小时，飞行距离36千米。热气球和氢气球的相继载人飞行成功开创了人类乘坐气球升空的历史。

1785年6月5日，人类首次升空者之一的J.F.P.罗齐埃与某制造商共同研制热气与氢气的混合气球。不幸的是，在第一次试飞时，气球在空中着火失事，罗齐埃遇难。为了纪念这位勇敢的先驱，现代环球飞行所使用的混合型气球被命名为“罗齐埃气球”。

走向现代应用

由于球囊材料和燃料等方面的原因，热气球在被发明后的170多年间都难以推广应用。直到1956年4月15日，气囊空气加温的难题才最终解决。那天，美国人詹姆斯·孔托使用装备了新型丙烷燃烧器的热气球，成功飞行了26分钟。其后，热气球球囊材料使用了质量轻、强度大的美国军用降落伞尼龙布。新的燃料和球体材料为热气球的发展带来了光明的前景。

1960年10月21日，第一个现代材料的热气球（被称为现代热气球）在美国飞行成功，现代热气球的出现对热气球的应用和普及产生了极大的推动作用。1966年，欧洲也出现了第一个现代热气球。之后，这项活动很快得到推广普及。

1973年，在美国的新墨西哥城举办了第一届热气球世界锦标赛。此后，每两年在世界不同地点举办一届比赛。国际航空联合会对热气球飞行还设有不同类型和级别的升空高度、续航时间、飞行距离等项目的世界纪录。

1999年3月20日，瑞士飞行员皮卡特和英国飞行员琼斯驾驶“百年龄”三号混合热气球，飞行了19天21小时47分钟，飞行距离40814千米，实现了环球不着陆探险飞行。2002年7月2日，美国飞行员史蒂夫·福塞特完成了单人飞行30299千米的环球热气球飞行创举。

热气球靠什么飞起来

热气球主要由气囊、用于加热空气的燃烧器以及装载人员或物品的吊篮三部分组成。

气囊由高强度的尼龙或涤纶布制成，虽然材料薄、重量轻，却非常结实。燃烧器是热气球的心脏，当主燃烧器点燃时，火焰可达2～3米高，

把气囊内部的空气迅速加热，以产生升力。点火燃烧器是主燃烧器的火种，一直保持着不被风吹灭的状态。吊篮由藤条编制而成，着陆时能起到缓冲作用。它好比机舱，用来乘载飞行员、乘客、燃料瓶以及温度表、高度表、升降表等飞行仪表。另外，热气球上一般备有两套燃烧系统，以防在空中出现故障。热气球通常用的燃料是丙烷或液化石油气，气瓶固定在吊篮内，一只热气球能自带80千克的液体燃料。

热气球利用加热的空气产生浮力飞行，主要通过自带的机载加热器来调整气囊中空气的温度，从而达到控制气球升降的目的。虽然被叫作航空器，但热气球并不能像飞机那样自由飞翔，飞行员只能操纵热气球改变其高度。热气球的升与降同球体内的气温有关。球体内的气温高，气球浮力增大，气球就上升；球体内空气温度下降，球体产生的浮力小于自身的重量，气球就下降。飞行员在吊篮内操纵着燃气开关，随时调整气囊内的温度，进而操纵热气球的升降。

另外，高空和低空的风速、风向是有差别的。在近地面，受地形、建筑物影响，风向会有所改变，风速也会明显减小。如果早晨或傍晚从地面飞向空中，每几米或每十几米都可能有明显的风向变化，有时风向甚至是相反的。飞行员在空中体验各个高度的不同风向，然后操纵气球升或降至自己所需要的风向那一高度，并保持在这一风层飞行，便可以达到自己要飞往某个目标的目的。简单地说，风吹向哪里，气球就飞到哪里；风速有多快，气球飞行速度就可以有多快。

由于热气球的飞行受到风速、风向、气压等因素综合影响，飞行过程中有许多不确定性，因此，对于驾驶员的技术要求非常高。

一天中太阳刚刚升起时或太阳下山前一两个小时，是热气球飞行的最佳时间，因为此时的气流很稳定。大风、大雾都不利于热气球的飞行。按照规定，风速小于6米/秒，能见度大于1500米，而且飞行空域内无降水，才可以自由飞行。对于热气球环球飞行来说，最大影响因素就是气候。每年的12月和1月，北半球高空流的流速达到一年中的峰值，最快可达每小时400千米，所以，飞行者通常选择冬季尝试环球飞行。

除了观光还能做什么

热气球是人们接触天空最便捷也是相对花费较小的一种方法，除了用于观光，它在科研和军事领域也发挥着作用。

气象观测

用橡胶或塑料等材料制成球皮，充以氢、氦等比空气轻的气体，携带仪器升空，可以进行高空气象观测。大型非膨胀性的薄膜塑料气球在边界层探测、全球范围内定高的水平探测以及平流层的探测试验方面有着广泛的应用。

军事用途

舰队预警用：将雷达系统天线部分载于热气球上，再将热气球拴到军舰的大桅杆上，无需动力也可远观八方。

指示潜艇攻击目标用：距敌200千米放一个气球出去，锁定目标，可为鱼雷或巡航导弹指示目标。

战备执勤用：国境线上隔300～500千米拴一个热气球，上面布置雷达及导弹，发现敌方可疑飞行器，便自动发射。

未来发展

随着科学技术的日益进步，热气球的使用将不仅仅限于大气层内部，而是向广阔的宇宙进发。航天飞机退出历史舞台后，美国宇航局目前正在研发一种费用低廉的太空探索方式——使用热气球前往太阳系的其他行星及其卫星。

热气球可以执行无人任务，负责运送设备。它们的潜在目的地很多，第一站将是土星的最大卫星——土卫六“泰坦”。宇航局的喷气推进实验室设计了一种热气球，为了能够在太空飞行中幸存，它必须能够经受住大约-180℃的低温考验。目前，美国俄勒冈州近太空公司正对热气球原型进行高空测试。公司总裁蒂姆·拉赫迈尔表示：“我们能够模拟它们必须要穿过的火星大气层。”

【责任编辑】赵 菲