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熱氣球是人類最早的升空載體。1783年11月，法國造紙商蒙戈菲爾兄弟在法國巴黎的穆埃特堡進行了世界上第一次熱氣球載人空中航行，宣告了熱氣球這種飛行器的誕生。隨后，乘坐熱氣球逐漸成為人們喜愛的一種運動。似乎從誕生之日起，熱氣球運動就被刻上了貴族烙印。20世紀末期，這種情結又漸漸從當初的“名門世家”移向現(xiàn)今的“豪商巨賈”。而隨著熱氣球材料的改進、制作工藝的提高、駕駛技術的完善，熱氣球飛行現(xiàn)在已成為任何地點都可進行、任何人都可嘗試的新型航空體育運動和觀光旅游項目，它不僅是一種財富、身份的反映，更是性格、勇氣的象征。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界有兩萬多個熱氣球，在歐美等發(fā)達國家，幾乎每天都有熱氣球的比賽或活動。當然，除了航空體育和觀光旅游，熱氣球還常用于航空攝影或科學研究、氣象探測等專業(yè)應用領域。我們不妨試想一下：乘坐熱氣球在美麗大地的上空巡游時，那種“君臨天下”的感覺該是多么的愜意！
一、熱氣球是怎樣構成的？
不言而喻，“熱氣球”是采用熱空氣作為浮升氣體的一種氣球。它由球囊、吊籃和加熱裝置三部分構成。
圖1 熱氣球結構示意
球囊包括傘蓋（含傘閥、傘襠、布塊等部分）、傘圈和傘閥拉繩等。為了便于升空，球囊一般是由強化尼龍或滌綸等制成的，質量很輕但很結實，有很好的抗拉強度，而且是不透氣并能耐熱的。球氣囊底部的尼龍裙擺表面往往涂有特殊的防火材料，以防止火焰點燃氣球。球囊頂部的傘閥可以由駕駛員拉動相連的細繩而打開，從而可以依據(jù)需要從球囊中排出部分空氣。
在球囊下面有像柳條筐似的大開口吊籃，用于承載乘員和設備（如加熱冷空氣用的煤氣罐、飛行儀表等）。大多數(shù)吊籃是由藤條編織而成，因為它結實、柔韌且相對較輕。柔韌性有助于氣球著陸，因為柳條材料在觸地撞擊時能夠稍微彎曲變形，從而吸收一部分能量。這樣，著陸時就能起到緩和沖擊的作用。
但是，如果要乘坐熱氣球做環(huán)球飛行時，一般飛行員們是住在一個密封性能極好的壓力倉中，壓力倉提供適宜的溫度、壓力和空氣環(huán)境，這與普通熱氣球上的大筐是不可同日而語的。當然也有例外的情況：熱氣球孤膽英雄、美國人福塞特從1997年以來，做過三次環(huán)球飛行（以“獨立”命名的探險飛行），一直都沒有使用壓力倉。這樣，他要忍受十幾千米高空中負20℃以下的低溫，而且始終需要配帶面罩進行呼吸。
加熱裝置則包括燃料罐和噴火器等。噴火器是一種燃燒器，它是熱氣球的心臟，其中有點火器，要一直保持火種，即使被風吹，也不會熄滅。所使用的燃料通常是丙烷或液化氣。如果要讓熱氣球從地面升空時，我們就點燃噴火器（或簡稱為噴燈），將空氣加熱，氣球便會冉冉升起。熱氣球升空飛行后，我們可以通過控制噴燈的噴油量來操縱氣球的上升或下降。
圖2 點火器噴發(fā)出巨大的火焰
當然，更廣義而言，可以升空巡游的氣球不一定是填充熱空氣，人們也發(fā)展了各種充填輕氣（如氫氣或氦氣）的氣球，此時有的是不帶有加熱裝置的，也有的是裝備著加熱裝置的。一般說來，氫氣或氦氣的價格昂貴，所以作為運動和觀光的氣球，基本上是填充熱空氣的。
二、熱氣球靠什么原理來升空的？
我們都知道“熱脹冷縮”的道理，所以空氣加熱后密度就會減小。這里給一個數(shù)據(jù)：溫度為15°C時，冷空氣的密度為1.293公斤/立方米；而溫度達100°C時，熱空氣的密度僅為0.947公斤/立方米。換句話說，密度值減少了大約26 %。
熱氣球就是通過加熱后空氣的密度低于氣球外環(huán)境空氣密度的辦法，利用浮力來升空的。根據(jù)阿基米德原理，我們知道：浸在流體（氣體或液體）里的物體將受到向上的浮力，浮力大小等于物體排開流體所受的重力。物體在流體中是懸浮、上升或下沉，則取決于它本身的重量是等于、小于或大于浮力。
這里讓我們來做一個簡單的估算：對一個標準的AX—7級熱氣球，它的球囊體積為2180立方米，或者說它可以排開2180立方米的空氣。當環(huán)境氣溫為15°C時，所排開的空氣總重量約為2820公斤。也就是說，氣球會受到環(huán)境空氣所產(chǎn)生的2820公斤浮力。但是，沒有加熱時，囊內空氣的溫度和環(huán)境溫度一樣，其總重量和排開空氣的總重量相等，再加上氣球自重（結構、設備和乘員的重量總和），它是無法“上浮”起來的。如果我們使用燃燒器將球囊內空氣加溫到100°C時，其總重量減少為2065公斤（假定球囊體積不變，而且膨脹后多余的空氣要從氣球排出）。這樣，囊內熱空氣比相同體積的環(huán)境冷空氣（仍保持為15°C）輕了755公斤。只要熱氣球自重小于755公斤，加上球囊內2065公斤的熱空氣，總重量就小于環(huán)境空氣所產(chǎn)生的浮力（即2820公斤），此時氣球就可以上升了。
為了簡明起見，對于熱氣球問題，我們不妨定義一個“上浮力”，它是氣球所受到的環(huán)境冷空氣產(chǎn)生的浮力減去球囊內熱空氣總重量：上浮力 =（冷空氣密度-熱空氣密度）*球囊體積。只要這個上浮力大于氣球自重，熱氣球就可以上浮升空了。所以，為什么熱氣球都是一些“大塊頭”呢？從這個公式可以看出，球囊體積越大，上浮力就越大。
當然，還有另外一個影響上浮力大小的因素，那就是球囊內空氣的溫度：溫度升高，密度減�。粶囟认陆�，密度增加。所以，只要降低球囊內空氣溫度，球囊內空氣總重量增加，環(huán)境大氣對氣球產(chǎn)生的上浮力就減小。當上浮力小于氣球自重時，氣球就會下降。熱氣球是通過自帶的機載加熱器來調整球囊中空氣的溫度，從而達到控制氣球升降的目的。
但是，熱氣球不能無限制地升高，為什么呢？因為環(huán)境大氣的密度是隨著距地面高度的增加而減小的：高度越高，空氣越稀薄。依據(jù)大氣物理的知識，高度每增加1000米，大氣密度就下降10 %。這樣，同樣體積的球囊排開大氣所產(chǎn)生的浮力將相應地減少，因此大氣稀薄到一定程度，浮力就不足以支撐氣球上浮了。據(jù)悉，目前熱氣球上升的最大高度是34668米，是美國海軍飛行員馬爾科姆·羅斯和維克托·普拉瑟在1961年創(chuàng)造的。當然，能升到幾萬米高空的熱氣球都是填充氦氣的，而且體積非常大，直徑都要在100米以上。
三、熱氣球靠什么完成飛行呢？
說到“飛行”，熱氣球和飛機的飛行完全不是一碼事，其實它只是隨風而行，所以人們?yōu)樗鹆艘粋�“飄飛”的名字。因為熱氣球本身并沒有動力系統(tǒng)也沒有方向舵，飄飛的速度與方向完全取決于風。由于風在不同的高度有不同的方向和速度，所以要根據(jù)飛行的需要選擇適當?shù)母叨�、尋找不同的風層。也因為如此，熱氣球飛行的最佳時間是太陽剛剛升起時或太陽下山前一、二個小時，因為此時的風一般都很平靜、穩(wěn)定。
至于飛行的持續(xù)時間，通常情況下，一只熱氣球攜帶足夠的石油液化氣或丙烷能持續(xù)飛行兩個小時，但一些因素也會影響飛行持續(xù)時間，例如：氣溫、風速、吊籃重量（包括乘客）和在當天飛行的具體時間等。
此外，對于初學者而言，為了“駕駛”熱氣球而需要不斷地尋找風層，也不是一件容易的事情，所以現(xiàn)在也有一種“系留熱氣球”，它們是固定在某處并不飛走的熱氣球，只是上升到30至50米的高度，但還是能讓初學者體驗一下熱氣球飛行時“君臨天下”的感覺。
為了讓乘客有更刺激的觀感，有人還設計了一種透明款的熱氣球。它的吊籃地板是一塊完全透明的玻璃，旅客可以透過玻璃觀看腳下的風景。要知道，通常乘坐熱氣球的人只能從吊籃的邊緣看向地面，當升空的高度較高時，已經(jīng)有些不安了，何況現(xiàn)在的景色就在自己的腳下。所以，乘坐過它的人都大呼過癮，這絕對是一次令人難忘的經(jīng)歷！
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圖3 從吊籃透明地板觀看地面景色
四、熱氣球發(fā)明發(fā)展的歷史情況
十八世紀，法國的造紙商蒙戈菲爾兄弟發(fā)明了熱氣球。他們受到碎紙屑在火爐中不斷升起現(xiàn)象的啟發(fā)，用紙袋把熱氣聚集起來做實驗，使紙袋能夠隨著氣流不斷上升。1783年6月4日，蒙戈菲爾兄弟在里昂的安諾內廣場做公開表演，一個圓周為110英尺的模擬氣球在稻草和木材的火焰中慢慢升起，飄然飛行了1.5英里，這個熱氣球的乘客是一只公雞、一只山羊還有一只鴨子。同年9月19日，在巴黎的凡爾賽宮前，蒙戈菲爾兄弟又為國王、王后、宮庭大臣及13萬巴黎市民進行了熱氣球的升空表演。到了那年的冬天，11月21日下午，蒙戈菲爾兄弟還在巴黎的穆埃特堡進行了世界上第一次熱氣球載人空中飛行，這次飛行持續(xù)了25分鐘，在1000米的高空飛越半個巴黎，最后降落在意大利廣場附近。1785年，法國人布蘭卡德和美國人杰弗里斯成功地飛越英吉利海峽。
圖4 在法國巴黎進行的熱氣球實驗
熱氣球最初被用于軍事中的通信聯(lián)絡和偵察。在1870年的普法戰(zhàn)爭中巴黎被圍，法國人曾用氣球將人和信件送出包圍圈。但是很快，駕駛熱氣球就成為挑戰(zhàn)極限的一項運動，受到眾多愛好者的青睞。1931年，德國奧古斯塔·皮卡德首次乘氣球進入同溫層。1933年，奧古斯塔的孿生兄弟讓·皮卡德與海軍航空員賽特爾和伏特尼飛臨18665米高空。
圖5 早期氣球曾用于軍事目的
二十世紀中葉，第二次世界大戰(zhàn)以后，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和高新技術的應用，特別是由于化學纖維的研發(fā)和丙烷氣體的普及，加之熱氣球操作簡單方便、對起飛與著陸場地的要求都不太高，熱氣球運動得到了迅猛的發(fā)展。一項項新紀錄不斷出現(xiàn)。
1961年，美國的羅斯與普拉瑟創(chuàng)下了氣球升高34688米的世界紀錄。1978年，美國的阿布魯佐、安德森和紐曼駕駛“雙鷹3號”成功飛越了大西洋。1981年，“雙鷹5號”又成功跨越了太平洋。1982年，美國的馬爾康姆·福布斯先生駕駛熱氣球后轉摩托車旅游來到中國，自延安到北京，完成了駕球飛臨世界每個國家的愿望。1999年，瑞士的皮卡德和英國的布萊恩·瓊斯駕駛“飛船3號”首次完成不間斷乘熱氣球的環(huán)球飛行。2002年，美國的史蒂夫·福塞特駕駛“獨立精神”號熱氣球首次成功完成單人環(huán)球旅行，歷時14天，總行程27000多公里。2014年，從上個世紀八十年代起，熱氣球引入中國。我國已成功地舉辦了第一屆、第二屆北京國際熱氣球邀請賽、泰山國際熱氣球邀請賽、99'全國熱氣球錦標賽等大型賽事。
盡管國際航空聯(lián)合會宣稱“熱氣球是最安全的飛行器”，然而任何一種飛行器都不可能不發(fā)生事故的，特別是在做各類“探險”活動時。這里不妨來介紹近年來的幾次事故：（1）2012年1月7日，新西蘭北島城鎮(zhèn)卡特頓發(fā)生一起觀光熱氣球墜毀事故，在11名罹難者中，有5對是夫婦或情侶。這被稱之“最悲情”的事故。（2）2012年3月，美國一個熱氣球在飛到610米高空時，遭遇暴風雨墜落，當時熱氣球上的一名控制員李斯塔·伊諾，冷靜地命令叫5名跳傘員跳離，但狂風又把熱氣球卷上去，并再次拋落地面。4天后，他的遺體才在森林中發(fā)現(xiàn)。這被稱之“最悲壯”的事故。（3）2012年10月，在美國新墨西哥州，一個瓢蟲形狀的熱氣球在降落途中撞上電線桿，導致大面積停電，幾十萬美元的氣球被撕裂了，但所幸的是氣球上兩人卻毫發(fā)無損。這被稱之“最幸運”的事故。（4）2013年2月26日，在埃及開羅，外國游客乘坐的一個熱氣球在古城盧克索附近墜毀、著火并發(fā)生了爆炸，造成至少19名外國游客喪生，其中包括9名中國香港游客。這被稱之“死亡人數(shù)最多”的事故。
責編：微科普