Воздушный шар

Воздушный шар — это летательный аппарат легче воздуха (аэростат), использующий для полёта архимедову силу, возникающую из-за разницы плотностей газа, наполняющего оболочку, и окружающего воздуха. В отличие от дирижаблей, воздушные шары, как правило, не имеют собственных двигателей и движутся по воле ветра (свободный полёт) или удерживаются на месте с помощью тросов (привязной аэростат). Основными типами являются тепловые аэростаты (монгольфьеры) и газовые аэростаты (шарльеры).

История

Первые полёты и изобретение

Идея создания летательного аппарата легче воздуха восходит к древним китайским фонарикам, однако первый практический полёт человека состоялся только в конце XVIII века. 5 июня 1783 года во французском городке Анноне братья Жозеф-Мишель и Жак-Этьен Монгольфье запустили беcпилотный шар, наполненный горячим дымом. Аппарат поднялся на высоту около 500 метров и продержался в воздухе 10 минут. 19 сентября того же года в Версале перед королём Людовиком XVI был продемонстрирован полёт шара с животными — овцой, петухом и уткой, что подтвердило безопасность полётов для живых существ.

27 августа 1783 года профессор физики Жак Александр Сезар Шарль запустил в Париже первый газовый шар (шарльер), наполненный водородом. Аппарат пролетел около 20 километров и приземлился в деревне Гонесс, где был уничтожен испуганными крестьянами.

Первый полёт человека

21 ноября 1783 года состоялся первый в истории полёт человека на воздушном шаре. Пилоты Жан-Франсуа Пилатр де Розье и маркиз д’Арланд поднялись в воздух на тепловом аэростате братьев Монгольфье. Продолжительность полёта составила около 25 минут, максимальная высота — примерно 900 метров. Уже 1 декабря 1783 года Жак Шарль и его помощник Ноэль Робер совершили первый полёт на газовом шаре, достигнув высоты 550 метров и пролетев 36 километров.

Развитие в XIX—XX веках

В XIX веке воздушные шары активно использовались для научных исследований (изучение атмосферы, метеорология) и военных целей. Во время Франко-прусской войны (1870—1871) с помощью воздушных шаров осуществлялась почтовая связь с осаждённым Парижем, было отправлено около 2,5 миллионов писем. В России первый полёт на воздушном шаре совершил в 1803 году французский аэронавт Андре-Жак Гарнерен. В 1870 году в Санкт-Петербурге было основано Русское общество воздухоплавания. В 1885 году русский военный инженер Александр Кованько создал первый в России отряд военных аэронавтов.

В XX веке воздушные шары стали применяться для спортивных соревнований и рекордных полётов. В 1931 году швейцарский учёный Огюст Пикар совершил первый полёт в стратосферу на герметичной гондоле, достигнув высоты 15 781 метра. В 1960 году американский парашютист Джозеф Киттингер совершил прыжок из стратосферы с высоты 31 333 метра с помощью воздушного шара. В 1999 году швейцарец Бертран Пикар и британец Брайан Джонс совершили первый кругосветный беспосадочный полёт на воздушном шаре «Бреитлинг Орбитер 3» за 19 дней 21 час 55 минут.

Устройство и принцип действия

Основные компоненты

Типичный современный воздушный шар состоит из следующих частей:

• Оболочка — герметичный мешок из лёгкой прочной ткани (обычно полиэстер, нейлон или лавсан), покрытой для герметизации полиуретаном или силиконом. В тепловых аэростатах оболочка имеет отверстие внизу для поступления горячего воздуха.
• Гондола (корзина) — подвесное устройство для экипажа, пассажиров и груза. Изготавливается из ивовых прутьев, алюминия или пластика. В корзине размещаются баллоны с газом (для тепловых шаров) и приборы.
• Горелка (для тепловых аэростатов) — устройство, сжигающее пропан или смесь пропана и бутана для нагрева воздуха внутри оболочки. Горелка оснащена форсунками и системой зажигания.
• Клапан — устройство для выпуска газа (в газовых шарах) или горячего воздуха (в тепловых шарах) для снижения высоты или посадки.

Принцип полёта

Воздушный шар поднимается вверх, если суммарная плотность газа внутри оболочки меньше плотности окружающего воздуха. В тепловых аэростатах воздух нагревается горелкой до температуры 90—120 °C, что снижает его плотность примерно в 1,5 раза. В газовых шарах используется лёгкий газ (водород или гелий), который значительно легче воздуха. Для снижения высоты пилот выпускает часть газа или горячего воздуха через клапан. Горизонтальное перемещение шара определяется направлением и скоростью ветра, так как собственных двигателей у аппарата нет.

Классификация

По типу газа

• Тепловые аэростаты (монгольфьеры) — используют нагретый воздух. Наиболее распространённый тип для спортивных и развлекательных полётов.
• Газовые аэростаты (шарльеры) — наполняются водородом или гелием. Водород дешевле, но взрывоопасен; гелий инертен, но дорог. Используются для научных и рекордных полётов.
• Комбинированные (розьеры) — сочетают нагретый воздух и лёгкий газ. Названы в честь Пилатра де Розье. Позволяют совершать длительные полёты, включая кругосветные.

По назначению

• Свободные аэростаты — совершают полёт без привязки, движимые ветром. Используются для спорта, туризма и рекордов.
• Привязные аэростаты — удерживаются на месте с помощью тросов. Применяются для наблюдения, рекламы, метеорологических и военных целей.
• Стратостаты — предназначены для полётов в стратосферу (выше 11 км). Оборудуются герметичной гондолой и специальными системами жизнеобеспечения.

Применение

Научные исследования

Воздушные шары используются для изучения атмосферы, метеорологии, астрономии и космических лучей. Стратостаты поднимают научную аппаратуру на высоты до 40—50 км, что позволяет проводить наблюдения, недоступные для самолётов и спутников. Например, в проекте NASA «BETTII» воздушный шар использовался для инфракрасной астрономии.

Военное дело

С конца XVIII века воздушные шары применялись для разведки, корректировки артиллерийского огня и связи. В России в XIX веке были созданы первые воздухоплавательные части. Во время Великой Отечественной войны аэростаты заграждения использовались для защиты городов от налётов авиации. В современной России привязные аэростаты применяются для радиолокационного наблюдения и связи.

Спорт и туризм

Воздухоплавательный спорт включает соревнования на дальность, точность приземления и высоту полёта. В России ежегодно проводятся чемпионаты по воздухоплаванию, в том числе Кубок России. Воздушные шары также популярны в туризме — полёты над живописными ландшафтами (например, в Каппадокии, Турция, или над долиной реки Оки в России).

Реклама и развлечения

Привязные аэростаты с рекламными логотипами используются для привлечения внимания на мероприятиях. Светящиеся тепловые аэростаты («ночные шары») применяются на фестивалях и шоу.

Интересные факты

• Самый большой в мире воздушный шар (по объёму) — стратостат NASA «Big 60», объёмом около 1,7 миллиона кубических метров.
• Рекорд высоты для пилотируемого газового аэростата составляет 38 969 метров (полёт Виктора Пратера и Малькольма Росса, США, 1961 год).
• В 2023 году в России был установлен рекорд дальности полёта на тепловом аэростате — 1 200 километров (маршрут Москва — Ульяновск).
• Воздушные шары используются в космических программах: например, для испытания парашютных систем и сбора данных о верхних слоях атмосферы.
• В России существует Федерация воздухоплавания, которая координирует спортивные и научные полёты.

Критика и безопасность

Основные риски при полётах на воздушных шарах связаны с погодными условиями (сильный ветер, турбулентность, грозы) и техническими неисправностями (разрыв оболочки, отказ горелки). Водородные газовые шары представляют пожарную и взрывную опасность. В современной практике для снижения рисков используются строгие правила эксплуатации, обязательная сертификация оборудования и подготовка пилотов. В России полёты на воздушных шарах регулируются Воздушным кодексом РФ и требуют наличия у пилота свидетельства авиационного персонала.

Источники

• Кованько А. М. «Воздухоплавание». — СПб., 1885.
• Пикар О. «Над облаками». — М., 1954.
• Федерация воздухоплавания России. Официальные материалы.
• NASA. «Scientific Balloons: A Historical Overview». — 2010.
• ГОСТ Р 53482-2009 «Аэростаты. Общие технические требования».