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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Ballon. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Ein Ballon (vereinfacht und nicht ganz genau: ein Ballon) ist ein Flugzeug, das leichter als Luft ist und zum Flug die Auftriebskraft von Gas (oder erhitzter Luft) nutzt, das in einer Hülle eingeschlossen ist, deren Dichte geringer ist als die Dichte der umgebenden Luft ( nach dem Gesetz des Archimedes). Wann und wo der erste Heißluftballon aufstieg, ist nicht genau bekannt. Eine sensationelle Entdeckung wurde 1973 gemacht: Im alten Land der Inkas, auf dem Territorium des modernen Peru, wurde ein Bild eines Ballons mit einer Schale in Form eines Tetraeders mit einer von unten aufgehängten Doppelgondel gefunden - ein Shuttle Felsmalereien. Außerdem wurden die Schritte der Vorbereitung des Heißluftballons für den Flug, des Feuermachens, des Füllens der Hülle mit heißer Luft und des Fluges gezeigt. Sogar die Vergleichsmaße der Schale wurden angegeben. Ein Ballon, der von unseren Zeitgenossen nach diesem Schema hergestellt wurde, wurde in die Luft gehoben, er erwies sich als durchaus lebensfähig und erreichte in einer Minute eine Höhe von hundert Metern. Im XNUMX. Jahrhundert schrieb der Mönch Albert von Sachsen, dass der Rauch eines Feuers viel leichter als Luft ist und aufgrund der Ausdehnung der Luft unter dem Einfluss von Feuer darin aufsteigt. Im XNUMX. Jahrhundert schlug der englische Wissenschaftler Scaliger vor, eine Schale aus dünnstem Gold herzustellen und sie mit heißer Luft zu füllen. Hundert Jahre später erschien der Roman „Another Light, or the States and Empires of the Moon“ von Cyrano de Bergerac, in dem neben einigen interessanten Projekten für Flugzeuge für den Luftverkehr ein Gerät beschrieben wird, das einem Heißluftballon ähnelt . Der Held des Romans fliegt mit Hilfe von zwei hermetischen, rauchgefüllten Granaten fast bis zum Mond selbst, wo er Rauch freisetzt, und mit den Granaten als Fallschirm ruhig zu seiner Oberfläche hinabsteigt. In der ersten Hälfte des XNUMX. Jahrhunderts machte der rjasanische Angestellte Kryakutny laut Chronik einen großen Ball, "goss ihn mit schmutzigem und stinkendem Rauch ein, machte eine Schlinge daraus, setzte sich hinein und der böse Geist hob ihn höher als eine Birke." Und doch ist es üblich, ab dem 5. Juni 1783 zu zählen, als die Brüder Etienne und Joseph Montgolfier in der französischen Stadt Annon eine 600 Kubikmeter große Seidenkugel in die Luft hoben. Die Schale der Kugel war von innen mit Papier bedeckt, und an ihrem unteren Loch war ein Gitter aus Weinreben befestigt, das auf den Gerüsten installiert war. Unter der Bühne wurde ein Feuer entzündet, und heiße Luft mit Rauch hob den Ball auf eine Höhe von zwei Kilometern. Daher entstand der Name Heißluftballon, im Gegensatz zum Charlier, benannt nach Professor Charles, der am 27. August 1783 einen mit Wasserstoff gefüllten Ballon zu Wasser ließ.
Der erste Menschenflug fand am 21. November 1783 statt. Ein riesiger 21 Meter hoher Ballon mit zwei Draufgängern an Bord hob sanft vom Boden ab. Beide Aeronauten hielten fleißig das Feuer im Korb. Der Flug dauerte 45 Minuten und endete mit einem sanften Sinkflug außerhalb der Stadt in einer Entfernung von neun Kilometern vom Startplatz. Übrigens ist es interessant festzustellen, dass Joseph Montgolfier nur einmal auf eine Kugel seines Designs gestiegen ist und sein Bruder Etienne nie!
Zehn Tage nach dem Aufstieg der ersten Menschen in den Heißluftballon füllte Professor Charles die Hülle mit einem Durchmesser von acht Metern mit Wasserstoff und bestieg zusammen mit seinem Assistenten Robert die unter der Kugel hängende Gondel. Der Flug dauerte 2 Stunden 5 Minuten und verlief in einer Höhe von etwa 400 Metern. Nach der Landung beschloss Charles, den Flug allein fortzusetzen. Nachdem Robert gelandet war, kletterte er auf eine Höhe von 2 Kilometern und eine halbe Stunde später setzte er einen Teil des Wasserstoffs frei und landete sanft. Aber ... als er die Gondel verließ, schwor Charles, "sich nie wieder den Gefahren einer solchen Reise auszusetzen". Bis zum letzten Tag seines Lebens stritt Charles mit Montgolfier um den Ruhm der Erfindung des Ballons – schließlich wurde der Heißluftballon lange vor Montgolfier erfunden. Charles erfand ein Seilnetz, das den Ball umgibt und Gewichtslasten auf ihn überträgt, er erfand ein Ventil, einen Luftanker und verwendete als erster Sand als Ballast, entwarf ein Barometer zur Höhenmessung. Im Vergleich zum Heißluftballon war der Charlier ein fortschrittlicheres Design. Aber die Charliers hatten auch einen großen Nachteil: Um sie zu füllen, muss am Startplatz in einem materialintensiven Behälter ein Vorrat an Gas leichter als Luft (Wasserstoff oder Helium) vorhanden sein und nach dem Ende des Fluges, dieses Gas muss in die Atmosphäre freigesetzt werden. Dies erhöhte die Kosten für den Betrieb von mit Wasserstoff oder Helium gefüllten Ballons. Vor den Heißluftballons und -carliers war ein langer Weg bis in die Gegenwart, nichts Besonderes, geprägt von kurzfristigen Höhen und Tiefen bis in die zweite Hälfte des XNUMX. Jahrhunderts. Das Aufkommen neuer hitzebeständiger Materialien für Gehäuse und effiziente Brenner hauchten ihnen ein zweites Leben ein.
Bald nach der zweiten Geburt von Ballons erschienen kombinierte Designs, die die Vorteile der beiden traditionellen vereinen. Die Schale wurde in zwei Teile geteilt. Der obere ist mit leichtem und nicht brennbarem Helium gefüllt, der untere mit heißer Luft. Durch Erhitzen während des Fluges mit Propan, Ethan oder Kerosin, das in speziellen Brennern verbrannt wird, regulieren Aeronauten die Flughöhe. Dieser Ballontyp wird manchmal Rosiers genannt – zu Ehren eines der ersten Ballonfahrer, Jean-Francois Pilatre de Rozier, der 1785 starb, als sein mit einer Mischung aus heißer Luft und Wasserstoff gefüllter Ballon während des Fluges Feuer fing. Die Wahl des Brennstoffs zum Erhitzen der Luft in der Hülle ist ein entscheidender Faktor für die Flugleistung von Heißluftballons. Denn je größer der Heizwert eines Kilogramms Treibstoff ist, desto weniger Treibstoff muss man für einen Flug mitnehmen, desto besser sind die Leistungsmerkmale eines Heißluftballons: Er kann länger in der Luft bleiben, fliegen eine größere Entfernung oder eine größere Höhe erreichen. Unsere Vorgänger nutzten zunächst alles, was brennbar war, um die Luft zu erhitzen – Äste, Stroh, Kohle usw. Später wechselten sie zu Öl, brennbaren Gasen, Holzkohle. Es wurde der Brennstoff gewählt, der die Luft im Heißluftballon schnell und effizient erwärmen konnte, billig und bezahlbar war. Daher haben wir uns für eine Mischung aus Propan und Butan in gleichen Anteilen entschieden. Es ist zwar etwas schlechter als reines Propan, da es weniger flüchtig ist und Brenner mit zusätzlichen Geräten zur Erhöhung der Flüchtigkeit ausgestattet werden müssen. "Trotzdem", schreibt Y. S. Boyko in seinem Buch, "wird die überwiegende Mehrheit der modernen Heißluftballons mit Propan-Butan betrieben. Es ist im Alltag weit verbreitet, billig und die Technologie für seine Lagerung und seinen Transport ist gut entwickelt. Das ist es." leicht zu entzünden und zu löschen, eine kleine Menge fester Verbrennungsprodukte und Ungiftigkeit. Auch die Brenner haben sich bis zur Unkenntlichkeit verändert. Jetzt sind dies Geräte, die mit Regel- und Steuermechanismen gesättigt sind, die automatisch die erforderliche Temperatur der heißen Luft in der Schale aufrechterhalten. Gasflaschen werden in der Regel aus Aluminiumlegierungen hergestellt. Flüssiges Propan steht in ihnen unter einem Druck von 10-20 Atmosphären, und über dem flüssigen Propan befindet sich gasförmiges Propan, das in den Docht eintritt, der vom Beginn des Fluges bis zu seinem Ende brennt. Die Brennkraft des Dochtes wird durch den Regler eingestellt. Der Docht dient dazu, den Hauptbrenner während des Fluges anzuzünden. Nach dem Aufwärmen auf die erforderliche Temperatur der Luft im Mantel wird der Hauptbrenner abgeschaltet, um Gas zu sparen. Bemerkt der Pilot auf dem Variometer den Beginn des Abstiegs des Heißluftballons, der durch die Abkühlung der Luft in der Hülle verursacht wird, wird der Hauptbrenner wieder eingeschaltet, die Luft erwärmt sich und der Heißluftballon steigt auf. Die Brennerleistung moderner Heißluftballons beträgt 1,8-4,6 MW. Die Luft in der Hülle kann jedoch nicht nur durch Verbrennen von Treibstoff an Bord des Ballons erhitzt werden. Es gibt noch eine weitere Wärmequelle – die Sonne. Und wenn die Hülle schwarz gestrichen ist, sammelt sie Sonnenenergie. Nach diesem Prinzip wurde 1973 in den USA der Heißluftballon Solar Firefly gebaut, der nur mit der Energie des Sonnenlichts flog. In Frankreich wurde eine Reihe von Heißluftballons entwickelt, die Infrarotstrahlung der Sonne verwenden. Sie bekamen den Namen MIR. Ihr Hauptunterschied besteht darin, dass die Luft in der Hülle nicht nur durch atmosphärische Infrarotstrahlung, sondern auch durch die Erde erwärmt wird. Die MIR-Shell ist zweigeteilt. Der obere Teil gibt aufgrund der speziellen Beschichtung der Außenfläche der Schale, beispielsweise aluminisiertes Mylar, praktisch keine Infrarotstrahlung ab, sodass sich darunter Wärme ansammelt. Der untere Teil besteht aus transparenter Polyethylenfolie mit einem Loch an der Unterseite. Wenn ein solcher Aerostat über einen Bereich der Erde fliegt, in dem der Wärmestrom nach oben gerichtet ist, erwärmt sich die Hülle und es tritt eine zusätzliche aerostatische Auftriebskraft auf. Tagsüber steigt der Ballon, nachts sinkt er ab, aber nicht auf den Boden, sondern auf eine bestimmte Höhe, wo die Strahlung der Erde ausreicht, um eine erhöhte Lufttemperatur in der Hülle aufrechtzuerhalten. Natürlich hängt die Flughöhe des Ballons von vielen Faktoren ab: dem Breitengrad des Gebiets und den Jahreszeiten, der Klarheit des Himmels und der Tageszeit usw. In der Stratosphäre der aerostatische Auftrieb durch die Hitze von Sonne und Erde ist immer positiv, das heißt, der Ballon kann Tag und Nacht über die gesamte Erdoberfläche fliegen. Die Flughöhe bei Tag und Nacht ermöglicht es Ihnen, das Luftventil zu wechseln, das sich im oberen Teil der Schale befindet und von einem kleinen Motor gesteuert wird, der von einer Bordstromquelle angetrieben wird. Wenn das Ventil geöffnet ist, wird die warme Luft in der Schale durch kalte Luft ersetzt, die durch das untere Loch eintritt, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Ventils. Außerdem bleibt das Volumen der Hülle konstant. Mehrtägige Flüge in Heißluftballons belebten den Kampfgeist der Aeronauten. Viele Luftfahrtbegeisterte träumten davon, einmal um die Erde zu fliegen. Zunächst wurde versucht, jeden Ozean zu überfliegen. Als am besten geeignet erwies sich der Atlantik, dessen nördlicher Teil von zahlreichen Luft- und Seewegen durchzogen ist. Dies erleichterte die Überwachung des Fluges und die Suche nach Draufgängern, die es wagten, den Atlantik zu überfliegen. Am 14. September 1984 startete der 58-jährige Amerikaner D. Kittinger, ein ehemaliger militärischer Testpilot, von der Stadt Caribou in Maine und landete dank starkem Rückenwind in etwa 70 Stunden vor der Küste Frankreichs . Die Route seines Fluges verlief über Neufundland, dann südlich von Grönland und bevor Irland scharf nach Südosten abbog. Dies machte es etwas schwierig, einen Landeplatz auszuwählen, da sich herausstellte, dass sich der Aeronaut über Europa viel südlicher als die Orte befand, an denen die Landung geplant war. Er flog entlang der nördlichen Ausläufer der Pyrenäen und der Mittelmeerküste Frankreichs und landete in einem Waldgebiet in der Nähe der italienischen Stadt Savona. Das Ziel war schwierig, der Luftschiffer wurde aus drei Metern Höhe aus der Gondel geschleudert, er brach sich das Bein und wurde sofort ins Krankenhaus gebracht. 1998 stellte Steve Fossett den Flugrekord auf. Er ging an Silvester auf einen Flug und hängte die gesamte Gondel mit Propangasflaschen auf, um die Luft in der Hülle länger zu erhitzen. Im Flug passierten ihm jedoch Probleme - das Computerheizsystem der Kabine fiel aus und er begann zu frieren. Ich musste in die wärmeren Schichten der Atmosphäre hinabsteigen. In einer Höhe von 914 Metern überquerte der Ballonfahrer die russische Grenze in der Region Anapa. Nach einiger Zeit erhielt er ein Signal über einen Notabstieg - die Ausrüstung fiel schließlich aus und er musste in der Nähe der Farm Grechanaya Balka im Krasnodar-Territorium landen. Rekordhalter war 1998 eine internationale Crew bestehend aus dem Schweizer Bertrand Picard, dem Belgier Bim Verstraeten und dem Engländer Andy Elson. Von Europa aus in die Lüfte gestartet, flogen sie ohne viel Aufhebens auf der Kugel „Bratling Orbiter-2“ mehr als zwanzigtausend Kilometer. Aber nachdem sie in widrige Wetterbedingungen geraten waren, mussten sie in Burma landen. Die Aufregung wuchs. 1999 starteten Mannschaften aus verschiedenen Ländern nacheinander und scheiterten meistens. Der Hauptkampf brach zwischen den Europäern aus. Die Briten Andy Elson und Colin Prescott, die am 17. Februar 1999 als erste von Spanien aus starteten, verbrachten mehr als zwölf Tage in der Luft und brachen den Weltrekord für Flugdauer und Reichweite, mussten aber trotzdem landen – ihnen ging der Treibstoff aus. Nach den Rekordhaltern raste ab dem 1. März am Sonntagmorgen ein weiterer Ballon aus der Schweizer Stadt Chateau d'Eu mit dem gleichen Ziel - einen Nonstop-Flug um unseren Planeten zu machen. Sein Kommandant war der Enkel des berühmten Schweizer Wissenschaftlers und Reisenden Auguste Picard-Bertrand. Zwei Gründe hinderten ihn daran, pünktlich, also an Silvester, zu starten: schlechtes Wetter und die fehlende Erlaubnis Pekings, den chinesischen Luftraum zu überfliegen. Die Kammern von Orbiter 3 waren nicht mit Helium, sondern mit Propangas gefüllt, sodass sich herausstellte, dass er größer und schwerer war als der Ballon von Elson und Prescott. Seine Höhe betrug 55 Meter und er wog 9 Tonnen. Aber er konnte große Vorräte an Treibstoff aufnehmen, was sich am Ende auszahlte. „Picard und sein Partner, der britische Pilot Brian Jones, hofften, in 16 Tagen um die Erde fliegen zu können“, schreibt S. Nikolaev in der Zeitschrift Tekhnika-Youth, „da sie als Vorteil die Erlaubnis hatten, über den südlichen Teil Chinas zu fliegen. die Expedition war alles andere als einfach „Wir mussten bei starkem Bodenwind starten, ohne auf gutes Wetter zu warten, weil Picard Angst hatte, die günstigen Stratosphärenströmungen zu verpassen. Unmittelbar nach dem Start wurden sie nach Spanien getragen. Es gelang ihnen jedoch die Flugrichtung ein wenig begradigen, über Mauretanien in einen günstigen Luftstrom geraten, der sie nach Indien, China und über den Pazifischen Ozean nach Kalifornien schickte ... Mehrmals erstarrte der Ball und begann schnell an Höhe zu verlieren. Es gab auch Störungen in der Sauerstoffversorgung und Ballsteuerung ... Erst als der Ballon „Orbiter-3“ am achtzehnten Tag den amerikanischen Kontinent passierte und schließlich über dem Atlantik landete, begannen die Ballonfahrer ernsthaft auf einen erfolgreichen Ausgang ihrer Expedition zu hoffen. Die Hoffnung gab ihnen Kraft, die zu diesem Zeitpunkt bereits zur Neige ging. Die Aeronauten meldeten dem Kontrollpunkt, dass eine ihrer Heizungen außer Betrieb sei und die Temperatur an Bord acht Grad Celsius nicht überstieg. Beide sind stark erkältet. Bertrand Piccard, von Beruf Psychiater, musste sogar auf Hypnose zurückgreifen, um wieder zu Kräften zu kommen.
Am 21. März, gegen zehn Uhr morgens, konnten unglaublich müde Aeronauten, die mehr als vierzigtausend Kilometer geflogen waren, ihre beengte Kabine verlassen. "Der Adler ist gelandet", funkten sie in die Schweiz und landeten in der Nähe des Dorfes Mut, das 800 Kilometer südwestlich von Kairo liegt. Der Rekord ist also aufgestellt. Wovon sollten moderne Aeronauten jetzt träumen? Über beide Pole zu fliegen? Oder veranstalten Sie Ballonrennen rund um den Globus - wer reist schneller um die Welt? Es ist wahrscheinlich sinnvoller, den anderen Weg zu gehen. NASA-Spezialisten haben einen riesigen kürbisförmigen Ballon für die astronomische Forschung gebaut. Sein Durchmesser beträgt etwa 128 Meter und seine Höhe 78 Meter. Einer der Versuche im Frühjahr 2001 scheiterte. Die Kugel sank aufgrund eines Lecks und stieg auf eine Höhe von 20 Kilometern. Es wird davon ausgegangen, dass ein solcher Gigant mit 35 Kilogramm wissenschaftlicher Ausrüstung in 1350 Kilometern Höhe schwebt und bis zu hundert Tage in der Luft bleibt. Und während dieser Zeit wird es bei günstigen Winden fünfmal um unseren Planeten fliegen. In diesem Fall erfolgt die gesamte Steuerung per Funk und über den Autopiloten. Es ist vorgesehen, Sonnenkollektoren zur Stromversorgung von Bordsystemen zu verwenden. Der Start eines Ballons kostet mindestens dreimal weniger als der Start eines Satelliten, und die Fallschirmausrüstung kann mehrmals verwendet werden. Ein weiteres originelles Projekt wurde von den amerikanischen Designstudenten Eric Reuter und David Goodwin vorgeschlagen: Ein 180 Meter langes Luftschiff würde wie ein Klipper am Himmel schweben. Der untere Teil seiner vertikalen Struktur dient als Stabilisierungskiel, während die mit Helium gefüllten Pontons – der zentrale und die beiden seitlichen – als Segel fungieren. Der Riesenballon kann als wissenschaftliche Basis oder als Touristenflugzeug genutzt werden. Autor: Musskiy S.A.
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