什麼是氣球

無推進裝置的輕於空氣的航空器。由氣囊和吊在氣囊下面的吊籃或吊艙組成。氣囊內充以密度比空氣小的浮升氣體，使氣球升空。吊艙用以放置儀器設備，有的可以乘人。

簡史

中國在五代時期(公元907～960年)就曾用竹篾紮成方架，糊上紙做成燈籠，點燃下面托盤上的松脂，夜晚升空作為軍事信號。這種松脂燈(又名孔明燈)就是一種原始的熱氣球。在歐洲，直到18世紀後期才發明氣球。1783年6月4日法國人蒙哥爾費兄弟表演了他們製作的熱氣球。氣球用紙和亞麻布糊成，直徑約為10米，在地面燃燒濕草和羊毛，冒出的熱煙灌入氣球，使其上升，熱氣消散後氣球又落回地面。1783年11月21日法國人F.P.羅齊埃和M.達爾朗德乘坐蒙哥爾費氣球升到約1000米高度，飛行25分鐘，實現了人類第一次空中飛行。

1783年法國物理學家J.A.C.查理製成和試放第一個氫氣球。以後在法國和其他一些國家氫氣球發展很快，經過不斷改進，到19世紀初氫氣球已成為軍事、體育運動和科學試驗方面很有實用價值的航空器。氫氣球有易燃易爆的缺點。20世紀20年代以後，出現了用氦氣代替氫氣的氦氣球。氦氣球雖然比較安全，但價格昂貴。30年代以後，氣球在高空探測科學研究上的應用日趨廣泛，製造氣球的薄膜材料不斷改進，設計技術日趨完善，加上載人密閉吊艙的採用，使氣球性能不斷提高。1960年前後，載人氣球飛昇高度已達到34.5公里，不載人氣球達到46公里，氣囊容積最大的可達140萬立方米，載重超過5000公斤。

應用

早期的氣球主要用在軍事上，首先是通信聯絡和偵察。1871年普法戰爭中巴黎被圍，法國人曾用氣球將人員和信件送出包圍圈。第一次世界大戰中，繫留氣球被廣泛用來當作監視對方的空中平台。氣球還可用於防空和轟炸。第二次世界大戰中，英國倫敦周圍就曾用繫留氣球羣構成空中攔阻網，阻止德軍的轟炸機進入。現代高空氣球還可以攜帶高空照相機和其他遙感設備，在一般飛機達不到的 2萬米以上高空進行戰略偵察。50年代以後，由於其他偵察技術手段的發展，氣球在軍事上的應用價值大為減小。在民用方面，繫留氣球可用於在地形險要的地區架設電纜，在林區集運木材。繫留氣球還可在邊遠地區用作通信、電視廣播的中繼站。熱氣球多用於航空體育運動（見熱氣球運動）。19世紀以來人們利用氣球進行高空觀測和研究活動，弄清了大氣構造並獲得人在高空生理反應的豐富知識，先後創立了高空醫學、地球物理等新學科。與火箭和人造地球衞星相比，氣球具有留空時間長，儀器便於回收，價格低廉等優點，且能在比飛機高得多的高度（30～50公里）上飛行。

在中國，高空氣球探空研究工作開展得較晚，1979年以來已建立了萬立方米級的高空科學氣球系統。1984年已建造最大容積為5萬立方米、載重250公斤的高空探測氣球。

分類

氣球按升空後有無約束分為自由氣球和繫留氣球兩類。自由氣球升空後不受限制，隨風飄移；繫留氣球則用繩索繫留在地面上，基本保持在固定的高度上。

根據氣囊內浮升氣體的不同，又可分為熱空氣氣球（簡稱熱氣球）、氫氣球和氦氣球。

（1）熱氣球:氣囊下方有一開口，在開口處有一加熱器(如噴燈)，被加熱的空氣因密度小而上升進入氣囊，從而使氣球浮力大於重力。通過對加熱器燃料的控制，可以控制熱氣球的升降。熱空氣的密度比氫氣和氦氣大，但熱氣球構造簡單，價格低廉。乘熱氣球飛行是一種航空運動。

（2）氫氣球：氣囊無開口，內部充以氫氣，在海平面氫氣密度為0.085公斤/米3(空氣密度為1.2255公斤/米3)，比空氣小得多，因此淨浮力較大。

（3）氦氣球：浮升氣體為氦氣。氦氣在海平面密度為0.169公斤/米3，產生的淨浮力比氫氣球小。

根據氫氣球和氦氣球氣囊內外壓差的不同，又可分為零壓式氣球和超壓式氣球。

（1）零壓式氣球：氣囊下面有排氣管與外部大氣相通，一般在地面時浮升氣體不充滿氣囊。隨着高度增加，外部大氣壓降低，氣囊內浮升氣體膨脹。氣囊脹滿後，多餘浮升氣體即通過排氣管排入大氣，氣囊內外壓差大體為零。當氣球升到某一高度(設計高度)，浮力與重力相等時則停止上升。由於白天和夜間太陽輻射的差別，氣温相差很大，夜間温度下降，氣囊內浮升氣體收縮，浮力減小，使氣球飛行高度下降。為維持原來的高度，需拋掉一些壓艙物（水或沙袋），以減輕氣球重量。到了白天，又需排掉一部分浮升氣體。這樣每經過一晝夜就要損失部分浮升氣體。故零壓式氣球難於長時間保持設計飛行高度。

（2）超壓式氣球：氣囊與大氣不相通。這樣，氣球在設計高度上飛行時，由於白天温度升高可能使氣囊內浮升氣體壓強大於外部大氣壓強，氣囊要承受一定的壓差，因此製作氣囊的材料和結構設計技術要求較高，且容積越大難度越大。超壓式氣球的優點是能長時間在設計高度飛行，有的長達1年之久，這是因為在飛行中，隨着晝夜温度的變化，它不需要像零壓式氣球那樣不斷排放浮升氣體。

構造

最初的熱氣球用亞麻布和紙糊成，氣囊的密封性差。後來採用浸橡膠的優質薄布和絲綢製造氣囊，提高了強度和密封性能，氫氣球和氦氣球才得以發展。50年代以後出現了塑料薄膜（主要是聚乙烯薄膜），質地輕而堅韌，又便於大量生產，是製造氣囊的理想材料。自由氣球多做成球形以減輕重量，在氣囊壁面上用高強度的條帶和繩索加強，並噴塗防老化保護層。載人高空氣球的吊艙須做成密封增壓式的。艙內裝有各種儀表、氧氣瓶和科學研究用的設備。繫留氣球多做成像飛艇那樣的流線型，尾部有穩定面，使氣球像風標一樣始終對着風向，減小氣球受到的側風阻力，從而減小地面繫留載荷。繫留氣球的升降用地面絞盤車控制。（見彩圖）